Alvarez naît le à San Francisco (Californie).
Il obtient son Bachelor of Science à l'Université de Chicago en , un Master of Science en , et son doctorat en .
Berkeley
Cette année-là, il rejoint le Laboratoire sur les Radiations de l'Université de Californie à Berkeley, où il est alors professeur, en tant que chercheur collaborateur. en il découvre que certains éléments radioactifs s'affaiblissent par capture d'électron orbital (un électron orbital fusionne avec son noyau, produisant un élément avec un nombre atomique inférieur de 1). en lui et Felix Bloch font la 1ʳᵉ mesure du moment magnétique du neutron, une caractéristique de la force et de la direction de son champ magnétique.
MIT
en , Alvarez part pour le Laboratoire sur les Radiations du MIT, où il contribue grandement à la mise au point du système de guidage des avions grâce aux ondes millimétriques (ou micro-ondes, radar MEW). Connu sous le nom de GCA (Ground Controlled Approach), ce système permettant l'atterrissage par temps de brouillard fut d'une importance capitale pendant et après la guerre.
Los Alamos
en il entre au Laboratoire de Métallurgie de l'Université de Chicago, puis en 1944 au LANL du district de Manhattan, où il travaille dans l'équipe qui met au point la première bombe atomique, sous la direction de Robert Julius Oppenheimer, notamment sur la mise au point du détonateur complexe pour la bombe au plutonium. Il sera d'ailleurs à bord des avions sur Hiroshima et Nagazaki pour observer les effets de souffle.
en Alvarez devient professeur de physique et sera également consultant pour de nombreuses agences fédérales. À partir de en Alvarez est membre de la commission Robertson. Il sera également membre du President's Science Advisory Committee.
Nobel
en Alvarez devient vice-président de l'APS. Il reçoit cette année-là le Prix Nobel de Physique en pour ses découvertes importantes dans le domaine des hautes énergies (notamment la découverte de nombreuses particules subatomiques de résonance ayant des durées de vie extrêmement courtes et n'intervenant que lors de collisions nucléaires à haute énergie).
Alvarez était plutôt modéré quant à l'idée que les ovnis puisse être réels
s1Ruppelt, Edward J.
:.
en il s'engage dans l'utilisation de l'absorption des rayons cosmiques dans les matériaux des pyramides égyptiennes près du Caire pour rechercher des chambres internes non découvertes.
Alvarez devient professeur émérite en . Dans les années 1970s Alvarez revient comme directeur au Lawrence Berkeley Lab.
vers , il aide son fils géologue, Walter Alvarez, à publier la découverte d'une couche d'argile présente dans le monde entier et contenant un taux élevé d'iridium, entre les strates de roche à la frontière géochronologique mésozoïques et cénozoïques, datant de 66,4 millions d'années environ. Ils postulent que l'iridium a été déposé suite à l'impact sur Terre d'un astéroïde ou d'une comète et que les effets climatiques catastrophiques de cet impact massif ont causé l'extinction des dinosaures. Controversée au début, cette théorie largement répandue aujourd'hui a progressivement acqui le status d'explication la plus plausible à la brusque disparution des dinosaures.
s2Condon, Edward U.: "OVNIs : 1947-1968" in "The Robertson Panel", in "Historical aspects of the UFO phenomenon", Scientific Study of Unidentified Flying Objects, 1968 s3Alvarez: Adventures of a Physicist (1987). s4The Federal Government - A Nobel Profession - A Report on Pathbreaking Nobel Laureates in Government, 1901-2002 (PDF)