Вырос в Астурии, учился в Мадриде в знаменитой коллегии иезуитов «Эль Рекуэрдо». Закончил Мадридский университет (юридический факультет и факультет философии и литературы), поступил в Центр исторических исследований, возглавлявшийся видным историком испанской культуры и словесности Рамоном Менендесом Пидалем. В Студенческой резиденции университета подружился с Лоркой, Бунюэлем, Дали, Алейксандре. Сотрудничал с журналом Ортеги-и-Гассета «Ревиста де Оксиденте», изучал творчество Гонгоры, привлек внимание своих друзей и читающей публики к его второму, «темному», культеранистскому периоду. Подготовил критическое издание «Поэм уединения» (1927), активно участвовал в чествовании 300-летия со дня смерти Гонгоры. Позднее продолжил эти занятия, а также занялся более широким исследованием испанской словесности золотого века (Гарсиласо де ла Вега, Лопе де Вега, Франсиско Кеведо и др.) испанских мистиков (фрай Луис де Леон, Сан-Хуан де ла Крус), совершенствуя методы стилистического анализа лирики. Преподавал в Оксфорде, в университетах Валенсии и Мадрида.
Основатель серии исп. Biblioteca Rom?nica Hisp?nica в мадридском издательстве «Гредос», главный редактор журнала исп. Revista de Filolog?a Espa?ola. После смерти поэта и ученого его гигантская библиотека отошла Королевской Академии языка.
Как поэт начинал в русле «чистой поэзии», проложенном Хуаном Рамоном Хименесом, — первая книга Алонсо (1921) так и называлась «Чистые стихи. Городские песенки». Перевел роман Джойса «Портрет художника в юности» (1926), переводил стихи Д. М.Хопкинса, Т. С.Элиота. После гражданской войны и поражения Республики — во «внутренней эмиграции». В этот период поэт пришёл к трагической поэтике библейских псалмов, близкой экзистенциализму Унамуно, создав одну из лучших книг испанской поэзии XX века — «Дети гнева» (1944). В том же году год вышел и один из наиболее сильных поэтических сборников его друга Висенте Алейксандре «Тень рая», Алонсо объединил их, дав этому направлению имя «поэзии, вырванной с корнем» или «поэзии изгнания» (исп. poesia desarraigada). В той же манере (с нарастанием религиозных мотивов) выдержаны книги его лирики «Темная весть» (1944, название — цитата из Сан-Хуана де ла Круса: «Всякая весть, какую хочет нам передать Бог, темна») и «Человек и Бог» (1955).
Член Королевской Академии Испании (1945), в 1968—1982 — её глава. Член Королевской исторической Академии (1959). Лауреат Премии «Мигель де Сервантес» (1978).