Graduat en enginyeria electrònica per la Universitat Central Marta Abreu de Las Villas (1982), fou oficial de les Forces Armades Revolucionàries (FAR) fins el 1985. Aquest mateix any entrà com a professor a la mateixa universitat de Las Villas i el 1987 s’incorporà a la Unió de Joves Comunistes (UJC) d’aquest centre, la qual cosa marcà l’inici de la seva carrera política. Entre el 1987 i el 1989 serví a Nicaragua i, a partir del 1989, ocupà diversos càrrecs de direcció dins de la UJC. El 1990 fou elegit primer secretari del comitè provincial d’aquesta organització a Villa Clara i, el 1993, segon secretari del comitè nacional. El 1991 s’incorporà com a membre del comitè central del Partido Comunista de Cuba (PCC) i el 1994 fou designat primer secretari del comitè provincial del partit a la província de Villa Clara. El seu mandat es caracteritzà per l’impuls de certes reformes en l’àmbit cultural i per la tolerància, especialment envers la comunitat LGBTI.
L’any 2003 fou elegit primer secretari del PCC a Holguín i, a petició de Raúl Castro, s’incorporà com a membre del buró polític del partit. Durant el primer mandat de Raúl Castro com a president de Cuba fou ministre d’Educació Superior (2009-12) i un dels cinc vicepresidents del consell d’estat (2012). El 2013 fou escollit primer vicepresident dels consells d’estat i de ministres. El 19 d’abril de 2018, després de la retirada de Raúl Castro, l’Assemblea Nacional l’elegí president del país. El 19 d’abril de 2021 fou elegit primer secretari del Partido Comunista de Cuba, en substitució de Raúl Castro, i es convertí en el primer a ocupar aquest càrrec des de la instauració del règim (1959) que no era membre de la família Castro.