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Fils d'un anarchiste espagnol, Santiago Alvarez a fondé le cinéma révolutionnaire cubain. Formé aux États-Unis, il retourne à Cuba dans les années 40, où il devient documentaliste musical pour la télévision. Combattant pour la révolution, il co-fonde l'ICAIC (Instituto Cubano de Arte e Industria Cinematográficos). De 1960 à 1998, il a dirigé les Actualités et réalisé environ 70 films, dont les plus fameux sont 79 Printemps, hommage au dirigeant révolutionnaire vietnamien Ho Chi Minh, LBJ, tirs à boulets rouges contre le président américain Lyndon B. Johnson, ou Hasta la Victoria Siempre, portrait funèbre de Che Guevara. Santiago Alvarez définit ainsi les fonctions du cinéma : « il informe, divulgue, éclaire, traite des grands conflits humains, soutient le développement technico-scientifique des pays sous-développés. Il cherche à former un nouveau public : plus critique, plus complexe, plus informé, plus exigeant, plus révolutionnaire ». Dictées par l'urgence historique, animées par l'enthousiasme politique et structurées par un sens organique du rythme, les formes de documentation et d'argumentation visuelles qu'il a inventées ont accompagné les luttes de libération nationale partout dans le monde : Cuba bien sûr, mais aussi Vietnam, Laos, Pérou, Porto-Rico, Chili, mouvements des Droits Civiques américains...
Son style épique, énergétique et pamphlétaire a inspiré celui de nombreux cinéastes et collectifs engagés : The Newsreel, Fernando Solanas, Octavio Getino et Cine Liberacion, Chris Marker, Slon et les groupes Medvedkine, Godard et le groupe Dziga Vertov, et dans les années 2000 Travis Wilkerson, auteur d'un précieux portrait de Santiago Alvarez ainsi que d'essais visuels anti-capitalistes (An Injury to One) et anti-impérialistes (Our National Archive).
Jean-Luc Godard lui dédie le chapitre 2b des Histoire(s) du cinéma, "Seul le cinéma", en 1997.
La Cinémathèque française lui consacre une rétrospective en 2003.