Era hijo de un librero de origen genovés, pero él optó por seguir la carrera de su abuelo materno, el médico y cirujano Martín de Alfaro. En la Universidad de Alcalá se graduó de bachiller en artes y filosofía (1530) y de bachiller en medicina (1533). De regreso a Sevilla, pasó sus años de aprendizaje práctico con García Pérez de Morales, con cuya hija Catalina se casó en 1537. Ella tuvo siete hijos, cuatro de los cuales pasaron a América, mientras que su padre -pese a alcanzar en vida la consideración del mayor experto europeo en productos medicinales americanos- nunca se planteó siquiera embarcarse para ir al otro lado del Atlántico.

Por lo que respecta a la primera de estas actividades, Monardes comenzó publicando cuatro obras entre 1536 y 1545: un tratado dedicado a la pharmacodilosis (1536), otro al debate sobre la localización de la sangría en el llamado mal de costado (1539), otro sobre las rosas y sus aplicaciones terapéuticas, y una edición castellana de la obra de Juan de Aviñón, un médico del siglo XIV de origen judío. Después, durante veinte años, Monardes no publicó ninguna nueva obra. Hay indicios para pensar que sus intereses intelectuales, paralelos a los comerciales, se orientaron hacia los productos medicinales americanos ya durante esa etapa de silencio editorial, que rompió en 1565 con la publicación de la primera parte de su obra más importante: la Historia medicinal de las cosas que se traen de nuestras Indias occidentales que sirven al uso de la medicina, cuyas otras dos partes aparecerían publicadas, siempre en Sevilla, en 1571 y 1574.

Por lo que se refiere a las actividades comerciales de Monardes, cabe señalar que desde muy pronto estuvieron relacionadas con América, ya que la creación de su primera compañía mercantil con Juan Núñez de Herrera, agente comercial en Nombre de Dios, en el istmo continental americano, data de 1533. El plan de la compañía era cargar en el viaje de ida esclavos africanos y en el de retorno cochinilla, producto tintóreo de gran demanda en la manufactura textil europea, y algunos productos medicinales americanos que gozaban también de buena rentabilidad económica: el guayaco, el palo santo, el liquidámbar, los bálsamos, la cañafístula y la raíz de Mechoacán, entre los más destacados. La prosperidad de los negocios, sin embargo, parece que se había esfumado hacia 1563 y, cuatro años más tarde, ante las presiones de sus acreedores, Monardes se refugió en el monasterio sevillano de Regina Coeli para esquivar la prisión. Desde allí ofreció a las autoridades una salida negociada a la quiebra, comprometiéndose a ir pagando aplazadamente los casi 25 millones de maravedís adeudados; el acuerdo le permitió recuperar la libertad. Bien pudo ocurrir que Monardes convirtiera la publicación de la Historia medicinal, iniciada precisamente en esos años, en una vía para rehacer su maltrecha fortuna, planteando una fuente más segura de participación en los ingresos que reportaba el tráfico comercial de estos productos.

De lo que no cabe duda es del papel que la experiencia de Monardes como médico práctico jugó en la elaboración de la Historia medicinal. Además de un grupo de pacientes de las élites aristocráticas y eclesiásticas de la ciudad (el arzobispo de Sevilla y futuro inquisidor general, la duquesa de Béjar, el duque de Alcalá), Monardes desplegó su actividad asistencial en diversas esferas sociales de la ciudad: mercaderes y hombres de negocios, pilotos y marinos de las tripulaciones, frailes y soldados, visitantes de paso por la ciudad, puerto obligado para emprender el camino o para regresar de América. Todo ello, además, le proporcionó ocasiones muy variadas de llevar a cabo un tipo de práctica médica que incluyó la experimentación de la acción de diversos medicamentos, tanto de origen local como americano. Este acopio de experiencias terapéuticas tuvo otra consecuencia importante, ya que sus pacientes se convirtieron -en gran medida- en sus principales informantes, cuando, después de casi cuarenta años de práctica médica, emprendió la redacción de la obra.

La Historia medicinal tuvo una rápida aceptación y una prolongada vigencia, debido fundamentalmente a tres razones: su oportunidad, su capacidad para trasmitir credibilidad en las nuevas medicinas fundándose en la narración de la experiencia práctica del autor, y su coherencia y habilidad expositiva para asentar dicha práctica sobre las bases racionales del sistema médico galenista, que debía mostrarse capaz de integrar un conocimiento exclusivamente empírico, en la medida que procedía de las culturas amerindias y, por tanto, para el autor, alejado de la única base 'filosófica y racional' que proporcionaba un conocimiento 'verdadero' de la acción terapéutica.

Monardes murió el 10 de octubre de 1588, en Sevilla, en casa de su hija Jerónima, "a las nueve o diez de la noche", "de una apoplejía que le dio". Para entonces, la Historia medicinal se había publicado una vez más en Sevilla (1580), había sido traducida a 4 idiomas y publicada, total o parcialmente, en 17 ocasiones más: 6 en italiano, 5 en latín, 3 en francés y 3 en inglés. En los cien años posteriores, la obra conoció aún otras 14 ediciones: 7 en italiano, 3 en francés, 2 en latín, 1 en inglés y 1 en alemán.