Сын скульптора и архитектора Мигеля Кано Пачеко, его мать Мария Альманса Пачеко преподавала рисунок. В 1614 году переехал в Севилью, где учился живописи у Франсиско Пачеко, наставника Веласкеса, а ваянию — у Хуана Мартинеса Монтаньеса. Дружил с Веласкесом. Первое известное полотно — портрет святого Франсиско де Борха — относится к 1624 году. В 1629 году создал свою самую большую работу — алтарный образ церкви Санта Мария де Лебриха в Севилье. В 1638 году перебрался в Мадрид, был близок к графу-герцогу де Оливаресу.
В 1644 году был обвинён в убийстве жены, заключён в тюрьму, подвергался пыткам, но сумел доказать свою невиновность. Переехал в Валенсию с намерением уйти в монастырь. В 1652 году вернулся в родной город, где, при содействии короля Филиппа IV, стал экономом кафедрального собора. Украсил его главную часовню и был назначен главным живописцем собора, но вскоре умер. Похоронен в крипте кафедрального собора Гранады.
Живопись Алонсо Кано представляет собой синтез маньеризма и барокко, в ней сильно выражено итальянское влияние.
Среди выдающихся учеников Кано скульптор Педро де Мена.
Именем Алонсо Кано названа улица и станция метро в Мадриде.
