Ia lahir di Castañeda, utara Spanyol pada 16 Mei 1945. Ia belajar di Escuela Normal dan mengajar di Santander di mana uskupnya Juan Antonio de Val Gallo menahbiskannya pada 1973. Ia menjadi vikar jenderal untuk Santander dari 1976 sampai 1994. Ia meraih tahbisan episkopalnya pada 1997 saat ia diangkat menjadi Uskup Orense. Ia menjadi Uskup Agung Oviedo pada 2002 dan Uskup Agung Valencia pada 2009. Paus Fransiskus mengangkatnya menjadi Uskup Agung Madrid pada Agustus 2014.[1]
Pada 9 Oktober 2016, Paus Fransiskus mengumumkan bahwa ia akan mengangkat Osoro Sierra menjadi Kardinal dalam sebuah konsistori yang diadakan pada 19 November 2016.[2]