Омара Портуондо родилась в октябре 1930 года в гаванском квартале Кайо Уэсо (Cayo Hueso). Её отец, успешный бейсболист, был в числе первых эмигрантов, выехавших в США. Её мать была родом из богатой испанской семьи. Брак дочери с чернокожим бейсболистом вызвал в семье огромный скандал. У Омары две сестры. Родители хорошо пели, поэтому Омара с раннего возраста также увлекалась пением.
Свою артистическую карьеру Омара Портуондо начала танцовщицей в 1945 году в знаменитом гаванском варьете «Тропикана». Вместе со своей сестрой-танцовщицей Айди (Haydee Portuondo) Омара некоторое время работала певицей в музыкальном коллективе «Loquibambla Swing». В 1952 году сёстры объединились с певицами Эленой Бурке (Elena Burke) и Мораймой Секадой (Moraima Secada), а также пианисткой Аидой Дьестро (Aida Diestro) и основали «Cuarteto las d’Aida», который пользовался большим успехом и гастролировал в США и выступал вместе с Натом Кингом Коулом.
В 1959 году Омара Портуондо записала свой первый сольный альбом «Magia Negra». Она осталась в составе коллектива и после того, как её сестра эмигрировала в США в 1961 году.
Лишь в 1967 году Омара покинула бенд и начала сольную карьеру. Она записала огромное количество альбомов и имела возможность гастролировать за пределами Кубы.
Международное признание пришло к Омаре Портуондо после записи альбома Рая Кудера «Buena Vista Social Club» в 1997 году. Одноимённый документальный фильм Вима Вендерса 1998 года принёс ей и её коллегам мировую известность. За этим последовали альбомы «Buena Vista Social Club Presents Omara Portuondo» (2000) и «Flor de Amor» (2004).