Alfonso cresceu em uma casa perto dos Estúdios Churubusco na capital mexicana. Começou a filmar aos 12 anos quando ganhou sua primeira câmera. Durante seus estudos no Centro Universitário de Estudos Cinematográficos, conheceu a futura mãe de seu filho Jonás, além do diretorCarlos Marcovich e do fotógrafoEmmanuel Lubezki. Com eles realizou seu primeiro curta-metragemVengeance is Mine. Por controvérsias geradas pelo filme ser em inglês e outras razões, foi expulso do centro de estudos.
Depois da expulsão, trabalhou como empregado em um museu e logo como assistente de direção emNocaut deJosé Luis García Agraz, entre outros filmes. Dirigiu alguns episódios da série de suspense daTelevisaLa Hora Marcada. Junto com seu irmão Carlos escreveu o roteiro para um filme, mas o Instituto Mexicano de Cinema (IMCINE), com fundos limitados lhe ofereceu a direção do filmeSólo con tu pareja, que necessitava de um diretor. O filme foi um sucesso chamando a atenção de produtores deHollywood, que o convidaram a trabalhar nosEstados Unidos.
EmHollywood só dirigiu alguns programas de televisão até assinar um contrato com aWarner Brothers para dirigirAddicted to Love, comMeg Ryan eMatthew Broderick. Ao ler o roteiro deA Princesinha preferiu dirigir esse filme no lugar do que lhe haviam oferecido. O filme não foi um sucesso de bilheteria mas foi indicada a váriosOscares. Depois aTwentieth Century Fox lhe ofereceu a direção deGreat Expectations, clássico deCharles Dickens.De volta ao México, se associou com o milionário homem de negócios Carlos Vergara para produzirY tu mamá también, que se transformou em um dos filmes de maior sucesso do cinema mexicano e uma das mais notórias do cinema mundial. Em 2004, aWarner Brothers lhe ofereceu a direção do terceiro filme da série de livrosHarry Potter. O filme chamadoHarry Potter e o Prisioneiro de Azkaban é atualmente o filme de maior bilheteria do diretor. Em 2006 dirigiu "Filhos da Esperança" (Children of Men), uma distopia que revela o ano de 2027 como a catarse de todos os problemas humanos projetados hoje. Um período de mais de 18 anos em que nenhuma mulher consegue engravidar. Realista e humano, o filme foi muito bem recebido pela crítica e recebeu várias indicações ao Oscar.