Après avoir fait ses études secondaires au Lycée del Pilar à Madrid, il intégra l'école d'ingénieurs des Pont-et-Chaussées, où il finit ses études en 1941. Par la suite il travailla dans de différentes instances officielles dans le domaine de l'hydrographie où il était très compétent. En même temps il poursuivit des études en licence d'Histoire et il obtint son doctorat en 1944 avec sa thèse Découvertes et explorations sur les côtes de la Californie
C'est en 1935 qu'il s'incorpora à l'Opus Dei, institution de l'Église Catholique, fondée sept ans auparavant par saint Josémaria Escriva de Balaguer. Il reçut directement de son fondateur sa formation et l'esprit propres à cette voie nouvelle dans l'Eglise. Il s'investit dans un vaste travail d'évangélisation parmi ses camarades d'étude et de travail. À partir de 1936, il fit de nombreux voyages apostoliques dans de différentes villes d'Espagne.
Le 25 juin 1944, il fut ordonné prêtre par l'évêque de Madrid, mgr Léopold Eijo y Garay, avec deux autres fidèles de l'Opus Dei, José Maria Hernandez Garnica et José Luis Muzquiz : ce sont les trois premiers prêtres de l'Opus Dei, après le fondateur.
En 1946, il emménagea à Rome quelques mois avant que
saint Josémaria, qu'il ne quitta plus, ne s'y installe à son tour. Ce fut une période cruciale pour l'Opus Dei qui reçut alors les premières approbations juridiques du Saint-Siège.
Pour mgr del Portillo, c'est une période déterminante qui commença aussi car, entre autres, avec son activité intellectuelle auprès de saint Josémaria et son travail au Saint-Siège, il exerça une profonde réflexion sur le rôle et la responsabilité des fidèles laïcs dans la mission de l'Église, avec leur travail professionnel et leurs relations sociales et familiales. Pour bien exprimer cette réalité, voici ce qu'il écrivit des années plus tard : « La présence de l'Église dans un hôpital n'est pas seulement assurée par un aumônier mais elle agit aussi à travers les fidèles, qui, en tant que médecins ou infirmiers, tâchent de rendre un bon service personnel et des soins délicats aux patients. Dans un quartier, le temple sera toujours un point de référence indispensable, mais la seule façon de toucher ceux qui ne le fréquentent pas sera le fait d'autres familles »
Entre 1947 et 1950, il encouragea l'expansion apostolique de l'Opus Dei à Rome, à Milan, à Naples, à Palerme et dans d'autres villes italiennes. Il promut des activités de formation chrétienne et exerça son ministère sacerdotal auprès de très nombreuses personnes. Aujourd'hui, beaucoup de rues, de places portent son nom dans différentes villes pour témoigner de la trace profonde de son travail en Italie.
Le 29 juin 1948, le fondateur de l'Opus Dei érigea, à Rome, le Collège Romain de la Sainte-Croix, centre international de formation dont Alvaro del Portillo fut le premier recteur et où il enseigna la théologie morale (1948-1953). En 1948, il obtint le doctorat en Droit Canonique à l'Université Pontificale de Saint-Thomas.
Durant ses années à Rome, les papes qui se sont succédé, de Pie XII à Jean-Paul II, lui confièrent de nombreux postes, en tant que membre ou consulteur de 13 organismes du Saint-Siège.
Il participa activement au Concile Vatican II. Jean XXIII le nomma consulteur de la Sacrée Congrégation du Concile (1959-1966). Dans les étapes antérieures au concile Vatican II, il fut président de la commission pour le Laïcat. Durant le concile (1962-1965), il fut secrétaire de la commission sur la Discipline du Clergé et du Peuple chrétien. À la fin de cet événement ecclésial, Paul VI le nomma consulteur de la commission postconciliaire sur les Évêques et le Régime des Diocèses (1966). Durant beaucoup d'années, il fut aussi consulteur de la Congrégation pour la Doctrine de la Foi.
La vie d'Alvaro del Portillo est étroitement unie à celle du fondateur. Il demeura toujours à ses côtés jusqu'au moment même de sa mort, le 26 juin 1975, pour collaborer avec saint Josémaria aux tâches d'évangélisation et de gouvernement pastoral. Il fit avec lui de nombreux voyages pour encourager et orienter les différents apostolats de l'Opus Dei : « En percevant sa présence aimable et discrète aux côtés de la dynamique figure de mgr Escriva, je pensais à la modestie de saint Joseph », écrivit à l'occasion de sa mort le père augustinien irlandais John O'Connor.
Le 15 septembre 1975, le congrès général convoqué après le décès du fondateur, élut don Alvaro pour lui succéder à la tête de l'Opus Dei. Le 28 novembre 1982, lorsque le bienheureux Jean-Paul II érigea l'Opus Dei en prélature personnelle, il le désigna comme Prélat de la nouvelle prélature. Huit ans après, le 7 décembre 1990, il le nomma évêque et le 6 janvier 1991, il lui conféra l'ordination épiscopale en la basilique Saint-Pierre.
Tout au long des années qu'il demeura à la tête de l'Opus Dei, mgr Alvaro del Portillo promut le début de l'activité de la prélature dans 20 nouveaux pays. Lors des voyages pastoraux qu'il fit dans les cinq continents, il s'adressa à des milliers de personnes pour leur parler de l'amour de l'Église et du Pape, et il prêcha avec une sympathie persuasive le message chrétien de saint Josémaria sur la sainteté dans la vie ordinaire.
En tant que Prélat de l'Opus Dei, mgr Alvaro del Portillo encouragea la mise en route de nombreuses initiatives sociales et éducatives. Le Centre Hospitalier Monkole (Kinshasa, Congo), le Center for Industrial Technology and Enterprise (CITE, à Cebu, aux Philippines) et
la Niger Foundation (Enugu, au Nigeria) sont des exemples d'institutions sociales confiées aux fidèles de l'Opus Dei et à d'autres personnes, sous l'encouragement direct de mgr del Portillo.
De même, l'Université Pontificale de la Sainte-Croix à partir de 1985, le séminaire international Sedes Sapientiæ (à partir de 1990), tous les deux à Rome, ainsi que le Collège Ecclésiastique International Bidassoa, à Pampelune, en Espagne, ont formé, pour tous les diocèses, des milliers de candidats au sacerdoce envoyés par les évêques du monde entier.
Ils témoignent du souci de mgr del Portillo pour les prêtres dans le monde actuel, sujet auquel il consacra le plus beau de son énergie, comme il le montra durant les années du Concile Vatican II.
« Le sacerdoce n'est pas une carrière, écrivit-il en 1986, mais un don généreux, total, sans calculs ni limites, pour être semeurs de paix et de joie dans le monde et pour ouvrir les portes du Ciel à ceux qui profitent de ce service et de ce ministère ».
Mgr Alvaro del Portillo décéda à Rome, au petit matin du 23 mars 1994. Quelques heures auparavant, il venait de rentrer d'un pèlerinage en Terre Sainte. La veille, le 22 mars, il avait dit sa dernière messe en l'église du Cénacle de Jérusalem.
Alvaro del Portillo est l'auteur de publications dans le domaine de la théologie, du droit canonique et pastoral: Fidèles et laïcs dans l'Église (1969), Écrits sur le sacerdoce (1970) et de nombreux textes isolés rassemblés dans le recueil posthume Rendere amabile la Verità. Raccolta di scritti di Mons. Álvaro del Portillo, publié en 1995 par la Libreria Editrice Vaticana. En 1992 fut publié Entretiens sur le Fondateur de l'Opus Dei, fruit de ses échanges avec le journaliste italien Cesare Cavalleri à propos de la figure de saint Josémaria, traduit en plusieurs langues.
Après sa mort en 1994, des milliers de personnes ont témoigné par écrit du rayonnement d'Alvaro del Portillo: sa bonté, la chaleur de son sourire, son humilité, son audace surnaturelle, la paix intérieure que sa parole leur communiquait.
Le 27 septembre 2014 Mgr Alvaro del Portillo est béatifié à Madrid par le Cardinal Angelo Amato, en présence de plus de 200 000 personnes venues du monde entier. Sa fête est célébrée le 12 mai, jour de sa première communion.