Filla d’una família benestant, estudià Enginyeria Química a la Universidad de Oriente, a Cuba, i en el Massachusetts Institute of Technology, als Estats Units. Formà part de diversos grups progressistes a la Universitat, i s’implicà en organitzacions revolucionàries i en el Movimiento del 26 de Julio, del qual fou una de les dirigents nacionals en la clandestinitat. El 1958 s’incorporà al II Frente Oriental Frank País com a delegada de la direcció nacional, on lluità al costat d’altres líders revolucionaris i vetllà per incorporar les dones a la causa cubana. Després del triomf de la revolució, es casà amb Raúl Castro (1959), a qui conegué cinc anys abans a Mèxic. El 1960 creà la Federación de Mujeres Cubanas (FMC) —organització femenina que va arribar a tenir més de quatre milions d’afiliades— amb l’objectiu de facilitar la integració de la dona al món laboral i d’involucrar-la en la configuració de la Cuba socialista. Després d’ocupar diversos càrrecs a l’administració, ingressà en el Comitè Central del Partit Comunista (1965) i fou diputada al Parlament cubà. Al costat de Fidel Castro, esdevingué una de les personalitats polítiques més rellevants. Fou primera dama en nombrosos actes oficials i representant de Cuba a l’estranger.