A los 17 años, en 1933, comenzó estudios de Ciencias Naturales en la Universidad de Santiago de Compostela. La Guerra Civil interrumpió su formación, pero la retomó en Madrid, graduándose durante los primeros años 40. En un país donde la ciencia femenina era casi invisible, ella persistió, estudiando zoología, botánica y lenguas para poder leer artículos que en España ni siquiera existían.

En 1948, el Instituto Español de Oceanografía la contrató como investigadora, una rareza para una mujer en ese momento. Allí empezó a estudiar el zooplancton, un universo flotante que la fascinaba por su fragilidad y su importancia ecológica.
Sus primeros informes, elaborados entre 1948 y 1950, fueron tan rigurosos que comenzaron a circular entre especialistas europeos.

En 1953, el científico británico Frederick Russell, uno de los mayores expertos del mundo en plancton, leyó uno de sus trabajos y quedó impresionado. La invitó personalmente a la Marine Biological Association de Plymouth.

En 1954 Ángeles Alvariño se convirtió en la primera mujer aceptada en un barco de investigación británico.

No existía una ley que lo prohibiera, pero sí una norma social férrea. Su talento hizo que la excepción se volviera inevitable.

Durante esos años identificó comportamientos, patrones de distribución y ciclos de vida de especies planctónicas que no se habían registrado antes. Varias de sus observaciones se publicaron entre 1955 y 1958, consolidando su reputación internacional.

En 1960, recibió una invitación de la Scripps Institution of Oceanography, en California, uno de los centros más prestigiosos del planeta. Allí inició una etapa de consolidación científica: 1960–1970: publicó estudios fundamentales sobre organismos gelatinosos, larvas marinas y corrientes del Pacífico.

En los años 70 y 80: trabajó para NOAA, donde desarrolló investigaciones sobre distribución de especies y cambios climáticos oceánicos.

En el transcurso de su carrera, identificó más de 20 especies nuevas para la ciencia, muchas de ellas descritas formalmente entre 1964 y 1982.Ángeles Alvariño falleció en 2005. En 2012, el buque oceanográfico B/O Ángeles Alvariño fue bautizado en su honor.En ciudades como Vigo, Ferrol o A Coruña se han dedicado calles a su nombre.