Gazdag kubai cukornád-ültetvényes törvénytelen fiaként 1927. augusztus 13-án született Oriente tartományban, a Mayarí város közeli Biranban. Születési évét később 1926-ra változtatta, hogy előbb felvegyék a gimnáziumba, és azóta hivatalosan ezt a dátumot tartják számon. Középiskoláit a jezsuitáknál végezte, majd 1950-ben a havannai egyetemen jogi diplomát szerzett. Castro három éven át praktizált, később elnyerte a jogtudományok doktora fokozatot is. 1948-ban megnősült, első házassága hét évig tartott, második feleségét 1980-ban vette el, összesen öt fia és két leánya született.
Fulgencio Batista 1952. december 10-ei katonai puccsa után, amely kiszolgáltatta az országot az Egyesült Államoknak, Castro társaival az államcsínyt megbélyegző beadványt írt a legfelső bíróságnak. A rendszer megdöntésének reményével 1953. július 26-án mintegy száz társával megostromolta a Moncada-laktanyát. A kudarcba fulladt akció után 15 év börtönre ítélték és Pinos szigetére száműzték. Két év múlva a nemzetközi tiltakozás hatására kegyelmet kapott és Mexikóba mehetett.
Castro 1956. december 2-án a Granma nevű hajón 82 forradalmárral visszatért Kubába. Az Oriente tartományban partra szálló csapat megsemmisítő vereséget szenvedett a kormányerőktől, de Castro néhány társával bevette magát a Sierra Maestra hegységbe és gerillaháborúba kezdett. A nép támogatását élvezve egyre nagyobb sikereket arattak, s kétévi harc után megdöntötték Batista uralmát: a „Comandante” (parancsnok) 1959. január elsején „szakállasai” élén bevonult Havannába.
Fidel Castro 1959-től egészen 2008-ig Kuba első emberének számított: ő volt a fegyveres erők főparancsnoka és a miniszterelnök, 1961-ben ő lett a Kubai Szocialista Forradalom Egységpártja (1965-től Kubai Kommunista Párt) első titkára, 1976-ban az államfő és miniszterelnök. Vezetésével földosztást és szövetkezetesítést, nagyarányú államosításokat hajtottak végre. Castro 1961 decemberében bejelentette: Kuba a marxista-leninista útra lépett.
Az államosítások miatt kiéleződött a viszony az Egyesült Államokkal, amely 1961 januárjában megszakította a diplomáciai kapcsolatokat, április 15-én pedig bombázta a kubai fővárost. Két nap múlva a Disznó-öbölnél 1300 kubai emigráns amerikai támogatással partraszállást kísérelt meg, de a támadás három nap alatt összeomlott. 1962 februárjában Washington kereskedelmi embargót rendelt el Kuba ellen, válaszul Castro Moszkva támogatását kérte, és a szovjetek rakétákat telepítettek Kubába. A két szuperhatalomnak a világot az atomháború szélére sodró konfliktusa 1962 őszén békésen oldódott meg, Kuba pedig egyre jobban a Szovjetunióhoz és a kommunista ideológiához kötődött. Az Egyesült Államok bő évtizeddel később, 1975-ben lazított a szigetországgal szembeni embargón, 1978-tól lehetővé vált az emigránsok hazalátogatása, a családok egyesítése, 2014 decemberében pedig bejelentették, hogy Kuba és az Egyesült Államok a viszony normalizálására készül.
Kubában Castro alatt a szocialista gazdálkodás jegyében bevezették a gazdaság központi irányítását, a fő exporttermék cukrot a szovjet tömb vásárolta meg. Kuba kilépett az Amerikai Államok Szervezetéből, 1972-ben tagja lett a KGST-nek, és mind aktívabbá vált az el nem kötelezett országok csoportjában. 1975-ben katonailag is segítette az angolai felszabadító mozgalmat, 1977-ben pedig az etiópiai forradalmat.
A szocialista világrendszer 1989-es összeomlása után Kuba elszigetelődött ugyan, de a „Líder Maximo” („legfőbb vezető”) belső ellenzéke nem tudott felülkerekedni. Castro továbbra is korlátlan hatalmú vezetőként állt országának élén, jelszava nem változott: „Szocializmus vagy halál”. A szovjet támogatás elmaradása miatti ellátási válságot ügyesen kezelte: az ellenzéket szigorúan kordában tartva korlátozott gazdasági reformokat vezetett be. Megengedte a dollár birtoklását magánszemélyeknek, elfogadta a magánvállalkozást, tűrte a külföldi tőke ellenőrzött behatolását.
Castro a valós vagy vélt ellenfeleivel keményen bánt el: több tízezerre teszik a megkínzott vagy kivégzett ellenzékiek és ellenállók számát, sokakat bebörtönöztek, újabb tízezrek lélekvesztőkön Floridába menekülve vesztették életüket. Hatalma azonban nemcsak a félelmen alapult: legendás volt meggyőző ereje, gyengéje volt viszont saját tévedhetetlenségébe vetett hite. Gyakran jelent meg a nyilvánosság előtt, és még idős korában is többórás beszédeket tartott. Castro a Guinness rekordok könyvébe is bekerült, mint az az ember, akit a leggyakrabban akartak meggyilkolni. 1959-es hatalomra jutása óta állítólag 638 gyilkossági kísérletet követtek el ellene.
2006. július 31-én jelentették be, hogy Castro súlyos gyomorműtéten esett át, ezért „ideiglenesen” átadta tisztségeit öccsének, a nála öt évvel fiatalabb Raúlnak, aki 2008. február 19-én lett hivatalosan az államtanács és a minisztertanács elnöke. Fidel lemondott főparancsnoki tisztéről is, utolsó posztját, a kommunista párt első titkári tisztségét 2011. április 18-án kényszerült feladni, e hivatalban is öccse követte. 2012 februárjában tette közzé visszaemlékezéseit: a több mint ezer oldal hosszú, kétkötetes könyv, melynek az Idő gerillája címet adták, a diktátor gyerekkorától a kubai forradalomig és hatalomátvételig követi végig az eseményeket.
A kubai vezetőnek 2012 őszén már halálhírét keltették, állítólag agyvérzést kapott, ám ekkor fotókkal bizonyították, hogy még él. Egészségi állapota miatt nem voltak gyakoriak a nyilvános szereplései (legutoljára augusztus közepén, a kilencvenediknek tekintett születésnapja alkalmából rendezett ünnepségeken lehetett őt látni), de szakértők szerint nagy szerepe volt az amerikai-kubai kapcsolatok közelmúltbeli rendezésében.
