Germà dels també escriptors Juan i José Agustín Goytisolo, interrompé els estudis de dret per a dedicar-se a la literatura. En 1956-59 s’adherí al PSUC i el 1960 fou detingut i empresonat per activitats subversives.
La seva primera obra, el conjunt de relats Las afueras (1959) reflectia la societat de preguerra. Després publicà Las mismas palabras (1962), amb una estructura més novel·lesca; els llibres de faules Ojos, círculos, búhos (1970) i Devoraciones (1976), ambdós il·lustrats per Joan Ponç; la novel·la Estela del fuego que se aleja (1984) i el llibre de texts diversos Investigaciones y conjeturas de Claudio Mendoza (1985). Simultàniament escriví la tetralogia Antagonía, formada per les novel·les Recuento (1973), autoreflexió ètica de prosa experimental, Los verdes de mayo hasta el mar (1976), entorn de l’erotisme, La cólera de Aquiles (1979), recreació d’un personatge femení, molt complex, i Teoría del conocimiento (1981), que recull els elements més importants de les novel·les anteriors. Amb Estatua con Palomas (1992), de tema polític, obtingué el Premio Nacional de Narrativa. És també autor de les novel·les Mzungo (1996), Placer licuante (1997) i Escalera hacia el cielo (1999), que aplegà sota el títol de Tres comedias ejemplares (2004), Diario de 360º (2000), Liberación (2003), Oído atento a los pájaros (2006), Cosas que pasan (2009) i El lago en las pupilas (2012). Ha publicat els assaigs El porvenir de la palabra (2002) i Naturaleza de la novela (2013), amb el qual guanyà el premi Anagrama d’assaig.
L’any 2013 guanyà el premi Anagrama d’assaig amb El 1995 ingressà a la Real Academia Española i el 2013 guanyà el Premio Nacional de las Letras Españolas.