Fill natural de l’actriu Carola Fernán Gómez, nasqué quan aquesta feia una gira per l’Amèrica Llatina. Inscrit a l’Argentina, conservà la nacionalitat d’aquest país fins el 1970.
S'inicià en el teatre interpretant papers secundaris, i el 1943 debutà en el cinema, en el qual, l’any següent, interpretà el primer paper important a El destino se disculpa, de J.L. Sáenz de Heredia. La seva ductilitat dramàtica li permeté adoptar una gran diversitat de registres, capacitat que el convertí en un actor habitual en produccions destacades del cinema espanyol, entre les quals destaquen: Esa pareja feliz, de J.L. Bardem i L. García Berlanga (1951); El espíritu de la colmena, de V. Erice (1973); Maravillas, de M. Gutiérrez Aragón (1980); Stico, de J. de Armiñán (1984); Esquilache, de J. Molina (1989); El rey pasmado, de I. Uribe (1991); Belle époque, de F. Trueba (1992); Tranvía a la Malvarrosa, de J.L. García Sánchez (1994); El abuelo (1998) —pel·lícula amb la qual guanyà un premi Goya—, de J.L. Garci; Todo sobre mi madre (1999), de P. Almodóvar; Pepe Guindo (1999), de M. Iborra; La lengua de las mariposas (1999), de J.L. Cuerda; Plenilunio (2000) d’I. Uribe; Visionarios (2001), de M. Gutiérrez Aragón; En la ciudad sin límites (2002), d’A. Hernández; El embrujo de Shanghai (2002), de F. Trueba; Tiovivo c. 1950 (2004), de J.L. Garci, i Para que no me olvides (2005), de P. Ferreira.
Com a director, debutà el 1953 amb Manicomio (1953), però el reconeixement no li arribà fins a La vida por delante (1958). Seguiren La venganza de Don Mendo (1961), El extraño viaje (1964), Mi hija Hildegart (1977), Mambrú se fué a la guerra (1986), El viaje a ninguna parte (1986, basada en la seva novel·la homònima), El mar y el tiempo (1989), Fuera de juego (1991), Siete mil días juntos (1994), Pesadilla para un rico (1996) i Lázaro de Tormes (2000, premi Goya al millor guió adaptat), juntament amb J.L. García Sánchez, entre d’altres. Publicà llibres de poesia (A Roma por algo, 1954; El canto es vuelo, 2002), novel·la (El vendedor de naranjas, 1961; El viaje a ninguna parte, 1985; El mal amor, 1991, ¡Stop! novela de amor, 1997; El tiempo de los trenes, 2001 ), les memòries El tiempo amarillo (1990) i el recull d’articles cinematogràfics Desde la última fila (1995).
Guardonat amb el Premio Nacional de teatre (1984), la Medalla d’Or de les belles arts (1989) i el premi Príncipe de Asturias de les arts (1995), l’any 2000 ingressà a la Real Academia Española. El 2005 li fou concedit l’Os d’Or honorífic al festival de Berlín.