Родился в горах Родопы в незнатной семье. Первоначально известен как разбойник, сколотивший свою шайку, и промышлявший в приграничных с Византией районах Болгарии. Был вытеснен царём Иван Александром на территорию Византии, где продолжил терроризировать окрестности. После этого перебрался в Сербию, где находился на службе у Стефана Душена. После возвращения в Родопы набрал двухтысячное войско, отличавшееся высокой боеспособностью и неустрашимостью, и стал заметной силой во Фракии. Во время гражданской войны в Византии зимой 1344—1345 года поддержал Иоанна Кантакузина, за что получил от него в управление обширные земли в Родопах. Позже перешёл на сторону Алексея Апокавка, за что получил от него титул деспота. В начале 1344 года Момчил порвал с Апокавком, получив от Кантакузина титул севастократора и признав себя его вассалом. Пользуясь беспорядком в Византии Момчил активно расширял свои владения, включив них Ксанфию и Анастасиополь. Весной 1344 году он отказался от поддержки Кантакузина из-за зверств других его союзников — турок и провозгласил себя независимым правителем со столицей в Ксанти. В июне 1344 года он разбил турецкий флот в бухте Портогалос (у Абдеры). Отправленные им ночью лодки сожгли корабли противника, стоявшие на якоре. Вскоре после этого он победил армию Кантакузина у Месинопола (Комотини). В мае 1345 года турки во главе с эмиром Айдына Умуром пришли из Малой Азии на Балканский полуостров и совершили разрушительный налет на болгарскую территорию, захватив множество людей и скота. Вскоре после этого, 7 июля 1345 года войска Момчила потерпели поражение недалеко от своей столицы (Ксанти) в битве у Перитора с превосходящими силами османов под командованием Умура. Момчил погиб в бою. Иоанн Кантакузин включил область Меропа в свои владения.