Alonso commence sa carrière à la Real Sociedad, sauf un bref passage en prêt à la SD Eibar. John Toshack, son entraîneur à la Real Sociedad, nomme Alonso comme capitaine. Arrivé à Liverpool en juin 2004, il remporte la Ligue des champions dès sa première saison à l'issue d'une finale renversante où il marque le but égalisateur. Chez les "Reds", il forme un duo essentiel au milieu de terrain avec la légende du club Steven Gerrard sous la direction de Rafael Benítez. La Cup et le Community Shield s'ajoutent par la suite à son palmarès. En 2009, il rejoint le Real Madrid pour un montant de 35 millions d'euros. Dans une équipe composée d'une multitude de stars, il gagne la Copa del Rey, la Liga, la Supercoupe et de nouveau la Ligue des Champions en 2014 sans jouer la finale, étant suspendu. Il achève sa carrière au Bayern Munich où il remporte la Bundesliga trois fois consécutivement jusqu'à son retrait des terrains en 2017.