Parlamentsformand i Barcelona kalder Puigdemonts kandidatur for "absolut legitimt".
Formanden for Cataloniens parlament nominerede mandag Carles Puigdemont til posten som regionens præsident.
Nomineringen sker i forlængelse af valget i Catalonien i december, hvor separatistiske partier endnu engang vandt et absolut flertal i det regionale parlament i Barcelona.
Parlamentsformand Roger Torrent siger, at Puigdemonts kandidatur er "absolut legitimt", selv om separatistlederen står over for at blive retsforfulgt for den rolle, han har spillet i Cataloniens kamp for uafhængighed.
Cataloniens nyvalgte regionale parlament valgte i sidste uge Roger Torrent fra separatistpartiet Esquerra Republicana (ERC) som formand.
Separatistpartierne har et flertal i parlamentet med 70 mandater ud af de i alt 135.
I Madrid blev det udelukket, at Puigdemont kan stå i spidsen for Catalonien.
- Det er absurd, har premierminister Mariano Rajoy slået fast.
Valget i Catalonien blev udskrevet oven på en omstridt folkeafstemning om uafhængighed 1. oktober. Regeringen i Catalonien gennemførte afstemningen, selv om Spaniens forfatningsdomstol havde slået fast, at den var ulovlig.
Under halvdelen af de catalanske vælgere deltog. Af dem stemte ni ud af ti for løsrivelse.
Knap en måned senere vedtog et lille flertal af det catalanske parlament at erklære Catalonien for selvstændig.
Samme dag opløste centralregeringen det regionale parlament, fyrede den lokale regering, udskrev nyvalg og indførte direkte styre.
Herefter rejste Puigdemont og fire eksministre til Belgien. Andre medlemmer af regeringen blev fængslet.
Parlamentet har indtil midten af april til at finde en regering. Hvis det ikke lykkes, bliver der udskrevet valg.