Najpierw przez trzy lata bez większych sukcesów prowadził FC Mulhouse, a w 1988 roku przejął drugoligowy wówczas Olympique Lyon, który w tym samym sezonie wprowadził do pierwszej ligi. W czasie mistrzostw świata 1994 był asystentem i doradcą selekcjonera reprezentacji Maroka.

Domenech najbardziej jest jednak znany z opieki nad młodzieżową kadrą Francji - był jej selekcjonerem przez jedenaście lat i to on był pierwszym wychowawcą zawodników, którzy w 1998 roku zdobyli pod wodzą Aimé Jacqueta mistrzostwo świata.

Opinia wybitnego szkoleniowca młodzieży, wielokrotnie potwierdzana zwycięstwami w międzynarodowych turniejach, nie przeszkodziła Domenechowi w objęciu w 2004 roku sterów dorosłej reprezentacji. Mimo iż jego wybór przyjęto we Francji dość chłodno, to już w pierwszym roku swojej pracy udowodnił, że ma swoją wizję drużyny i nie boi się niepopularnych ruchów. Jest właściwie pierwszym od 1998 roku selekcjonerem, który przeprowadził tak radykalne odmłodzenie kadry - pożegnał się z wieloma zawodnikami, którzy zdobyli mistrzostwo świata i Europy, i zastąpił ich młodszymi i jeszcze nieogranymi na międzynarodowych boiskach (Gael Givet, Jean-Alain Boumsong, Benoit Pedretti, Djibril Cisse), najczęściej swoimi wychowankami z młodzieżowej reprezentacji. Po za tym nie bał się podejmować kontrowersyjne decyzje, takie jak dyscyplinarne usunięcie z kadry Roberta Piresa, czy zmiana dotychczasowego pierwszego bramkarza Bartheza na Gregory'ego Coupeta. Ale tak naprawdę sprawdzianem reprezentacji i jej selekcjonera będą dopiero tegoroczne mistrzostwa świata.

Przebieg kariery trenerskiej:
1985-88 - FC Mulhouse
1988-93 - Olympique Lyon
1993-94 - reprezentacja Maroka, asystent Abdellaha Blindy
1993-04 - reprezentacja Francji U-21
od 2004 - reprezentacja Francji