Foi legitimado por decreto real quando tinha um ano de idade. Isso permitiu-lhe receber uma boa educação. Aos 13 anos, tornou-se pajem da Rainha Leonard e, aos 16, casou com uma viúva rica. Tiveram três filhos, dois rapazes que morreram na infância e uma filha, Breatriz, que casou com Afons,o filho do rei D. João 1.

Nuno iniciou o serviço militar com apenas 13 anos. Com a morte de D. Fernando 1 de Portugal, a sua única herdeira foi D. Beatriz, mulher de D. João 1 de Castela. Com o objetivo de manter a independência portuguesa, os nobres da corte apoiaram a pretensão do meio-irmão do falecido rei, João de Aviz, de subir ao trono. Nuno Álvares foi nomeado Condestável e Protetor de Portugal aos 24 anos. O exército castelhano, que atacava Lisboa em apoio da pretensão de D. Beatriz, foi alvo de todo o tipo de tácticas, mas foi a peste que o eliminou.

João de Aviz é declarado rei, o que provoca uma invasão dos castelhanos liderados por D. João I, que continua a lutar pela pretensão da sua mulher.

Em agosto de 1385, Álvares liderou uma vitória sobre os castelhanos, que pôs fim à ameaça de anexação.

Álvares era um homem muito religioso. Construiu muitas igrejas e mosteiros, incluindo a Igreja dos Carmelitas, em Lisboa, e uma outra para Nossa Senhora das Vitórias, em Batahala.

Após a morte da sua mulher, Nuno tornou-se frade carmelita no convento do Carmo que fundou em Lisboa. Ficou conhecido como Frei Nuno da Santa Maria. Viveu no convento até à sua morte. No último ano da sua vida, foi visitado pelo rei D. João, que sentiu que tinha sido D. Nuno a colocá-lo no trono e a salvar a independência de Portugal.

Infelizmente, o seu túmulo perdeu-se no terramoto de Lisboa de 1755

A sua festa é celebrada no dia 6 de novembro.