Fou mariner a la Cantàbrica, on assolí una notable experiència i grans coneixements nàutics. Lluità a Algèria (1509) i a Itàlia, però fou perseguit perquè vengué la seva nau a uns estrangers. A Sevilla s’allistà, el 1518, a l’expedició de Magalhães com a maestre de la nau “Concepción”. Participà en el motí de la nau “San Antonio” (1520), però continuà en el seu càrrec fins a l’arribada a les Filipines. Passà a la nau “Victoria”, de la qual, després de la mort de Magalhães i la destitució de López Carvalho, fou nomenat capità (setembre del 1521). Amb l’ajut de dos pilots malais capturats a la vora de Mindanao, la flota arribà (8 de novembre) a Tidore, a les Moluques, on fou iniciat un bescanvi comercial entre els soldans locals i la flota castellana (novembre-desembre). Tanmateix, part dels expedicionaris fugiren en assabentar-se que una flota portuguesa els perseguia. Aleshores Elcano assumí el comandament de l’expedició, la qual, en arribar a Timor, completà l’operació comercial (febrer del 1522). El viatge de tornada fou molt penós. Passaren el cap de Bona Esperança el 6 de maig i el 9 de juny tocaren a les illes del Cap Verd, el governador portuguès de les quals empresonà dotze tripulants; els altres fugiren cap a Sanlúcar de Barrameda, on arribaren el 6 de setembre de 1522. Carles V rebé tot seguit Elcano, el premià amb diners i honors i li donà un globus terraqüi amb la llegenda "Primus circumdedisti me". Els beneficis del viatge foren importants, però hom obrí una investigació sobre diversos fets. Elcano participà en les discussions de Badajoz amb els portuguesos, sobre les Moluques, sense resultats pràctics. L’interès que suscità l’èxit del viatge motivà una segona expedició a les Moluques (juliol del 1525), dirigida per García Jofre de Loaisa, de la qual Elcano era el pilot major i capità de la nau “Sancti Spiritus”. La flota topà amb grans dificultats climàtiques a l’estret de Magallanes. Loaisa morí pel juliol següent, i Elcano, el 4 d’agost.