Filho de Inácio Manuel Álvares de Azevedo e Maria Luísa Mota Azevedo, passou a infância no Rio de Janeiro, onde iniciou seus estudos. Voltou a São Paulo (1847) para estudar na Faculdade de Direito do Largo de São Francisco, onde desde logo ganhou fama por brilhantes e precoces produções literárias. Destacou-se pela facilidade de aprender línguas e pelo espírito jovial e sentimental.
Durante o curso de Direito traduziu o quinto ato de Otelo, de Shakespeare; traduziu Parisina, de Lord Byron; fundou a revista da Sociedade Ensaio Filosófico Paulistano (1849); fez parte da Sociedade Epicureia; e iniciou o poema épico O Conde Lopo, do qual só restaram fragmentos.
Não concluiu o curso, pois foi acometido de uma tuberculose pulmonar nas férias de 1851-52, a qual foi agravada por um tumor na fossa ilíaca, ocasionado por uma queda de cavalo, falecendo aos 20 anos. A sua obra compreende: Poesias diversas, Poema do Frade, o drama Macário, o romance O Livro de Fra Gondicário, Noite na Taverna, Cartas, vários Ensaios (Literatura e civilização em Portugal, Lucano, George Sand, Jacques Rolla), e a sua principal obra Lira dos vinte anos (inicialmente planejada para ser publicada num projeto - As Três Liras - em conjunto com Aureliano Lessa e Bernardo Guimarães). É patrono da cadeira 2 da Academia Brasileira de Letras.
Atualmente tem suscitado alguns estudos acadêmicos, dos quais sublinham-se "O Belo e o Disforme", de Cilaine Alves Cunha (EDUSP, 2000), e "Entusiasmo indianista e ironia byroniana" (Tese de Doutorado, USP, 2000); "O poeta leitor. Um estudo das epígrafes hugoanas em Álvares de Azevedo", de Maria C. R. Alves (Dissertação de Mestrado, USP, 1999).
Suas principais influências são: Lord Byron, Goethe, François-René de Chateaubriand, mas principalmente Alfred de Musset.
Um aspecto característico de sua obra e que tem estimulado mais discussão, diz respeito a sua poética, que ele mesmo definiu como uma "binomia", que consiste em aproximar extremos, numa atitude tipicamente romântica. É importante salientar o prefácio à segunda parte da Lira dos Vinte Anos, um dos pontos críticos de sua obra e na qual define toda a sua poética.
É o primeiro a incorporar o cotidiano na poesia no Brasil, com o poemas Ideias íntimas, da segunda parte da Lira.
Segundo alguns pesquisadores, Álvares de Azevedo que teria escolhido o título "As Três Liras", pois havia uma garota - que até hoje ninguém sabe a identidade, muito bem escondida pelo Dr. Jaci Monteiro - que tocava esse instrumento.
Figura na antologia do cancioneiro nacional. E foi muito lido até as duas primeiras décadas do século XX, com constantes reedições de sua poesia e antologias. As últimas encenações de seu drama Macário, foram em 1994 e 2001.