Álvaro Barreirinhas Cunhal nasceu na freguesia da Sé Nova, em Coimbra, a 10 de Novembro de 1913, e passa parte da sua infância em Seia. A família muda-se depois para Lisboa, onde Álvaro Cunhal irá frequentar primeiro o Liceu Pedro Nunes e, mais tarde, o Liceu Camões.
Filho do advogado Avelino Cunhal, concluídos os estudos liceais, ingressa na Faculdade de Direito de Lisboa. Filiado no PCP com 17 anos, participa no movimento associativo estudantil, sendo eleito em 1934 representante dos estudantes no Senado Universitário. No ano seguinte é eleito Secretário-Geral da Federação das Juventudes Comunistas Portuguesas e, com o pseudónimo Daniel, desloca-se a Moscovo e passa a integrar o quadro de militantes clandestinos do PCP.
É preso pela primeira vez em 1937, com 23 anos, pela PVDE, sofrendo isolamento e espancamentos violentos. É depois colocado na Companhia Disciplinar de Penamacor mas, após uma greve da fome, é enviado para o Hospital de Coimbra.
Novamente preso e torturado em 1940, defende sob prisão a sua tese de fim de curso, sobe o tema tabu do aborto, aprovada com 16 valores por um júri integrado por Marcelo Caetano. Novamente solto e na clandestinidade, agora com o pseudónimo Duarte, tem papel destacado na reorganização do PCP de 1940/41 e é membro do Secretariado de 1942 a 1949, período durante o qual dá uma contribuição decisiva na atividade e definição da orientação e identidade daquele Partido. Redige entretanto o documento «Se fores preso, camarada», com instruções aos militantes sobre os interrogatórios na polícia política e a possibilidade de resistir à tortura.
Preso de novo em 1949, passa toda a década de 50 nas prisões fascistas. Levado a julgamento, denunciou no Tribunal Plenário a ditadura fascista e defendeu a linha e as perspetivas políticas do PCP. Condenado, permanece 11 anos seguidos nas cadeias fascistas, dos quais cerca de 8 anos em condições de isolamento. Transferido da Penitenciária de Lisboa para a Fortaleza de Peniche, evadiu-se em 3 de Janeiro de 1960 com um grupo de outros destacados militantes comunistas e um guarda da GNR que colaborou na operação.
Depois da fuga, integra novamente o Secretariado do Comité Central do PCP, sendo eleito Secretário-geral em Março de 1961. Parte para o exílio, instalando-se em Moscovo. A partir daí, estabelece contactos com os principais líderes do movimento comunista internacional, com acentuado alinhamento com as posições soviéticas, aprofunda pontes políticas com diferentes setores da oposição antissalazarista, designadamente no âmbito da FPLN-Frente Patriótica de Libertação Nacional, e contactos com os movimentos de libertação das colónias.
É nessa fase que, com data de abril de 1964, edita o relatório ao Comité Central intitulado «Rumo à Vitória», definindo «as tarefas do Partido na Revolução Democrática e Nacional»: «Destruir o fascismo; liquidar o poder dos monopólios; realizar a reforma agrária; elevar o nível de vida dos trabalhadores; democratizar a instrução e cultura; libertar Portugal do imperialismo; direito à imediata independência das colónias; seguir uma política de paz e amizade com todos os povos.»
O movimento militar de 25 de Abril de 1974 apanha-o em Paris. Regressa a Portugal a 30 de Abril, sendo alvo de uma calorosa receção no aeroporto de Lisboa, de onde segue imediatamente para uma reunião com o general Spínola, que presidia à Junta de Salvação Nacional.
Ministro sem Pasta nos primeiros quatro Governos Provisórios, é eleito deputado à Assembleia Constituinte em 1975 e à Assembleia da República nas eleições realizadas entre 1975 e 1987. Foi membro do Conselho de Estado de 1982 a 1992.
No XIV Congresso do PCP, em 1992, no quadro de renovação e nova estrutura de direção deixou de ser Secretário-geral e foi eleito, pelo Comité Central, Presidente do Conselho Nacional do PCP. Em Dezembro de 1996, no XV Congresso do PCP, extinto o Conselho Nacional, manteve-se membro do Comité Central do PCP.
Continuou a ter, até ao fim da sua vida, uma intervenção ativa na ação política, na atividade cultural e artística, na afirmação confiante do projeto comunista.
Teve vasta obra publicada, desde ensaios de carácter político a obras literárias assinadas com o pseudónimo Manuel Tiago. No plano das artes plásticas, para lá de obras de desenho e pintura («Desenhos da Prisão», «Projetos»), publicou também uma reflexão teórica sobre a estética e a criação cultural («A Arte, o Artista e a Sociedade»).
Morreu em 13 de Junho de 2005, aos 92 anos, sendo o seu funeral, no dia 15 de Junho, acompanhado por milhares de pessoas.