Estudià a l’escola universitària de Madrid i treballà amb Jørn Utzon a Dinamarca (1961-62). Fou catedràtic a les escoles d’arquitectura de Barcelona (1971-81) i Madrid (1981-84) i, el 1985, president del Departament d’Arquitectura de la Universitat de Harvard.
De les seves obres destaquen els habitatges Urumea, a Sant Sebastià (1969-71), l’edifici de Bankinter a Madrid (amb R. Bescos, 1973-76), el nou ajuntament de Logronyo (1973-81), el Museu d’Art Romà de Mèrida (1980-86), l’ampliació de l’estació d’Atocha a Madrid (1984-92), la seu del Col·legi d’Arquitectes a Tarragona (1985-92), l’edifici de l’Illa Diagonal de Barcelona (1986-95, en col·laboració amb Manuel de Solà-Morales; premi FAD), la Fundació Miró a Palma (1987-92), el Museu Davies al Wellesley College de Boston (1990-93), l’Auditori de Barcelona (1988-98), l’hotel i l’edifici d’oficines de la Marlene Dietrich Platz de Berlín (1993-98), l’ajuntament de Múrcia (1991-99), el Museu de Belles Arts de Houston, Texas (1992-2000), el Museu d’Art Modern i Arquitectura d’Estocolm (1991-98), el Kursaal de Sant Sebastià (1990-99, premi FAD), l’ampliació de l’arxiu general de Navarra (2003), el museu de la ciència de Valladolid (2001), L’ampliació del Museo del Prado (2007), la biblioteca de la universitat de Deusto (2009), el museu del teatre romà de Cartagena (2008), l’església de Iesu de Sant Sebastià (2007-11) i la Torre Puig de l’Hospitalet de Llobregat (2012-14).
Ha rebut diversos guardons, entre els quals destaquen el premi Pritzker i la medalla de la Unió Internacional d’Arquitectes, l’any 1996. El 1997 fou investit doctor honoris causa per la Reial Escola Superior de Tecnologia d’Estocolm. L’any 1998 li fou concedida per concurs l’ampliació del Museu del Prado de Madrid i li fou atorgat el premi Antonio Feltrinelli. L’any 2001 la Comissió de Cultura de la Unió Europea li concedí el premi d’arquitectura Mies van der Rohe per l’edifici Kursaal de Sant Sebastià. Rebé la Creu de Sant Jordi el 1999, el premi Príncipe de Asturias de les arts 2012 i el Premio Nacional de Arquitectura 2015 (2016).