En 1849, Moulin ouvre un studio photographique rue du Faubourg-Montmartre à Paris et commence à réaliser des daguerréotypes de jeunes filles âgées de 14 à 16 ans. En 1851, son travail est confisqué et il est condamné à un mois de prison pour travaux obscènes, « tellement obscènes que même l'énonciation des titres (...) constituerait une atteinte à la morale publique » selon les archives judiciaires.

Une fois libéré, il poursuit ses activités plus discrètement. Il enseigne la photographie, vend des équipements. Il avait une porte à l'arrière de son échoppe afin d'éviter de nouveaux ennuis avec la justice. Ses travaux séduisirent la critique.

En 1856, Moulin entreprend un voyage photographique en Algérie, avec une tonne d'équipements et financé par le gouvernement, ce qui lui permet de bénéficier des structures des autorités coloniales. Malgré des difficultés techniques liées aux variations d'humidité, au travail en extérieur et à la qualité de l'eau, il parvient à documenter en profondeur les colonies françaises de l'Afrique du Nord. Il rentre en Europe en 1858 avec une moisson de centaines d'images, représentant les paysages, les villes, les sites archéologiques ainsi que des portraits des autochtones.. Il en publie 300 dans un livre en trois volumes In-folio intitulé L'Algérie photographiée. Ces documents devinrent des brochures officielles du colonialisme sous Napoléon III, auquel le livre avait été dédié. Ils firent le tour de l'Europe dans diverses expositions.