Resident a Lleó des d’infant, es guanyà la vida com a empleat de banca fins el 1969, que començà a treballar al servei de cultura de la Diputació de Lleó, de la qual fou depurat pel seu antifranquisme i posteriorment readmès.
De formació autodidàctica, és autor d’una poesia que destaca pel seu rigor i qualitat. Solitari de temperament, l’obra de Gamoneda es caracteritza pel simbolisme i el diàleg del poeta amb ell mateix. Es donà a conèixer amb Sublevación inmóvil (1966), llibre al qual seguiren Descripción de la mentira (1977), León en la mirada (1979) i Blues castellano (1982). Obtingué el reconeixement de la crítica a partir de Lápidas (1987), Libro del frío (1992) i Edad (1987), una recopilació de l’obra anterior amb un apartat d’inèdits que fou guardonat amb el Premio Nacional de Poesia. Posteriorment publicà, entre d’altres reculls, Libro de los venenos (1995), ¿Tú? (1998, amb gravats d’A. Tàpies) i Cecília (2004) i aplegà tota la seva lírica a Esta luz. Poesia reunida (1947-2004) (2005).
És també autor d’assaigs literaris i algunes narracions. L’any 2009 publicà l’autobiografia Un armario lleno de sombra, amb el qual guanyà el premi Ciutat de Barcelona en la modalitat de llengua castellana. L’any 2006 guanyà el premi Cervantes i el Premio Reina Sofía.