Родился уже после смерти деда, короля Испании Альфонса XIII и самого старшего своего дяди, гемофилика Альфонса, и отречения от престола второго своего старшего и глухонемого дяди, Хайме Сеговийского (тот предпочёл считаться главой французского королевского дома), поэтому с рождения считался испанскими монархистами вторым в порядке наследования испанского престола после старшего брата. В семье назывался «Альфонсито» для отличия от других Бурбонов с тем же именем (так звали его крёстного отца, герцога Галлиерского). Раннее детство провёл в Риме, Швейцарии и Португалии.
После решения Франсиско Франко объявить Испанию монархией в 1947 году политическая роль молодых принцев возросла (учитывая нежелание диктатора передавать власть их отцу), они впервые посетили Испанию в этом же году, а в 1950 году по договорённости Франко с графом Барселонским мальчики были отправлены в Испанию на учение, посещали военную академию в Сарагосе. В 1954 году Хуан Карлос и Альфонсо были приняты Франко во дворце Эль-Пардо.
Альфонсо участвовал в соревнованиях по гольфу и увлекался охотой.
29 марта 1956 г., в Великий Четверг вечером в 20:30, вернувшись домой после мессы и причастия, 14-летний инфант Альфонсо погиб в доме родителей в Эшториле, где братья находились на пасхальных каникулах. Официальное коммюнике испанского посольства в Португалии гласило, что «когда инфант Альфонсо чистил свой револьвер, раздался выстрел, пуля попала ему в лоб, и через несколько минут он умер». Единственным свидетелем был Хуан Карлос. Расследования инцидента проведено не было, и кто именно из братьев нажал на спусковой крючок — до настоящего времени доподлинно неизвестно.
Многочисленные слухи, исходящие, в частности, от родной сестры мальчиков, инфанты Пилар, от слуг и друзей, указывают на то, что роковой выстрел в брата произвёл не кто иной, как будущий король (которому тогда было 18 лет), по одним данным — во время шуточной игры с оружием, по другим — при чистке ствола, по третьим — от случайного удара по руке. Неоднократно упоминается также, что этот пистолет якобы был подарком генералиссимуса Франко. Сам Хуан Карлос I заявлял лишь о том, что «признаёт ответственность» за случившееся, не уточняя, в чём она заключается.
Дядя принцев, Хайме, герцог Сеговийский, находящийся в плохих отношениях со своим братом графом Барселонским, настаивал на официальном расследовании происшествия, будучи уверен в том, что случайный выстрел сделал Хуан Карлос. Гибель принца не получила широкого освещения в испанской прессе в условиях диктатуры Франко, однако многие испанские монархисты посетили могилу Альфонсо в Португалии и приносили на неё испанскую землю.
Принц Альфонсо был погребён на муниципальном кладбище в Кашкайше. В октябре 1992 года Хуан Карлос I, после 17 лет царствования, распорядился перенести прах брата в Испанию и похоронить его в королевской усыпальнице в Эскуриале, по просьбе умирающего отца. Больной раком граф Барселонский (которому оставалось жить шесть месяцев) покинул на время похорон госпиталь в Памплоне. Останки инфанта были перенесены в страну последними из всех умерших в эмиграции Бурбонов.