Fill de l’escriptor Rafael Sánchez Mazas, membre fundador de Falange Española y de las JONS. Autor d’una narració amb elements fantàstics i prosa poètica, en part autobiogràfica, Industrias y andanzas de Alfanhuí (1951), es donà a conèixer amb la novel·la El Jarama (1956, premi Nadal 1955 i premi de la Crítica 1957), una de les obres clau de la narrativa de postguerra. Amb una prosa accentuadament objectiva, l’autor plasma la parla i el caràcter dels personatges. Posteriorment la seva obra evolucionà cap a l’experimentalisme lingüístic amb Las semanas del jardín. Semana primera: Liber scriptus proferetur (1974) i Las semanas del jardín. Semana segunda: Splendet dum frangitur (1974), totes dues d’un barroquisme molt aconseguit. Més endavant publicà els relats El huésped de las nieves (1982), El escudo de Jotam (1983) i El geco (2005), i el 1986 la novel·la El testimonio de Yarfoz, recreació d’un país imaginari.
Fundador (1953) i col·laborador de la Revista Española, literària, és també notable la seva producció assagística: Mientras los dioses no cambien, nada ha cambiado (1986), Campo de Marte (1986), La homilía del ratón (1986), Esas Yndias equivocadas y malditas (1993), crítica de la conquesta d’Amèrica, i Vendrán más años malos y nos harán más ciegos (1993, Premio Nacional de Ensayo i Premi Ciutat de Barcelona 1994), El alma y la vergüenza (2000), La hija de la guerra y la madre de la patria (2002), Non olet (2003), Glosas castellanas y otros ensayos (diversiones) (2005), Sobre la guerra (2007) i God and Gun. Apuntes de polemologia (2008). L’any 2004 fou guardonat amb el premi Cervantes, el 2009 amb el Premio Nacional de las Letras Españolas i el 2015 amb la Medalla d’Or del mèrit en les belles arts. Estigué casat amb l’escriptora Carmen Martín Gaite (1954-70).