Né à Panama en 1518, fils naturel du conquistador Diego de Almagro et d'une indigène baptisée sous le nom d'Ana Martinez, sa servante.
En 1535, il rejoint son père à Cusco afin de prendre part à lexpédition du Chili.
A la suite de l'affrontement avec les Pizarro, et de l'exécution par ces derniers de son père, Diego de Almagro, le 8 juillet 1838, après la bataille de Las Salinas, il vécut deux ans à Lima, dans la maison de Francisco Pizarro.
Pizarro l'en chassa en 1540, alors que le jeune Almagro réunissait autour de lui tous les mécontents du clan Almagro.
Après l'assassinat de Francisco Pizarro, le 26 juin 1541, Diego de Almagro réunit autour de lui tous les amis de son père, parmi lesquels bon nombre étaient venus lors de l'expédition de Pedro de Alvarado.
Il s'opposa alors au nouveau gouverneur Cristóbal Vaca de Castro. L'affrontement final fut la bataille de Chupas, le 16 septembre 1542, qui vit la défaite de Diego de Almagro el mozo, et la mort de plus de 500 espagnols.
Après une tentative de fuite vers les montagnes tenues par l'Inca Manco Cápac, il fut repris, mis en prison à Cusco, et décapité en octobre 1542.
Il fut enterré à côté de son père dans l'église de la Merced, à Cusco.
