Benché i suoi genitori Álvaro Gonçalves Pereira e Iria Gonçalves do Carvalhal fossero entrambi discendenti da nobili famiglie portoghesi, Nuno Álvares Pereira dovette attendere almeno un anno prima di vedersi riconoscere il diritto all'educazione che, verso la metà del XIV secolo, era ritenuta normale per un figlio della nobiltà portoghese. Era infatti un figlio illegittimo, e ci fu bisogno di un editto reale per riconoscergli i suoi diritti di sangue.

A 13 anni Nuno visse la sua prima esperienza di soldato: poche scaramucce contro l'esercito castigliano, durante le quali però dimostrò eccellenti doti di leader. Poco tempo dopo divenne paggio di Eleonora di Castiglia, considerata la Lucrezia Borgia del Portogallo, per poi sposare, a solo 17 anni, una ricca vedova, Eleonora di Alvim, a sua volta erede di potenti famiglie della nobiltà lusitana.

Fu anche grazie a questo intreccio di parentele e conoscenze che Nuno venne nominato, a soli 24 anni, Condestável do Reino, una carica che gli conferiva il comando degli eserciti del Portogallo. Ricoprì l'incarico ricevuto con scrupolo, fino ad ottenere vittorie altisonanti, come quella di Aljubarrota (agosto 1385) dove i suoi 6.500 volontari sconfissero 30.000 soldati castigliani.

Nuno attribuì questa vittoria alla protezione accordatagli dalla Madonna, e volle incidere sulla sua spada il nome di Maria. La Vergine era anche raffigurata, insieme alla croce e ai santi Giacomo e Giorgio, sul suo stendardo personale. Tuttavia si distinse anche per l'attenzione verso le popolazioni che vivevano nei territori di guerra, intervenendo numerose volte per alleviare carestie e sofferenze. Nello stesso tempo costruì a sue proprie spese numerose chiese e monasteri, tra i quali quello del Carmo di Lisbona.

E fu proprio in questo convento che, poco dopo la morte della moglie, l'eroe nazionale portoghese citato addirittura nel poema epico Os Luisiadas si rifugiò per il resto della sua vita, prendendo il nome di Frei Nuno de Santa Maria.

In convento Nuno visse fino alla sua morte, avvenuta la domenica di Pasqua del 1431. La sua tomba è andata distrutta nel terremoto che devastò Lisbona nel 1755.

Beatificato da Benedetto XV nel 1918 e canonizzato nel 2009 da Benedetto XVI, viene festeggiato in Portogallo il 6 novembre, mentre i Carmelitani Scalzi celebrano la sua memoria nel giorno della sua morte, il 1° aprile.

Per il Martirologio Romano, la celebrazione di san Nuno Álvares Pereira è fissata al 1° novembre.