Хорхе Марио Педро Варгас Льоса (или „Йоса“ според испанското произношение) е роден през 1936 г. в Арекипа, Перу и прекарва ранните години от живота си в Боливия, където баща му е консул.
Литературният му дебют е през 1959 г. със сборника с разкази „Водачите“, но световна слава му носи първият му роман „Времето на героя“ (1963), който е преведен на дванадесет езика и до днес се смята за етапно произведение в латиноамериканската литература.
Следват „Зелената къща“ (1966), „Разговор в катедралата“ (1969) и „Капитан Пантожа и специалната служба“ (1973) – произведения, които го утвърждават като яростен критик на диктаторските режими, религиозния фанатизъм и военната етика.
Варгас Льоса свързва името и изкуството си с съдбите на Латинска Америка, както и със световната литература: сред другото, той пише критически есета за Габриел Гарсия Маркес, Флобер, Сартр, Камю и други, както и пиеси, романи и политически текстове.
През 1990 г. е кандидат за президент на Перу, изправяйки се срещу консерватора Алберто Фухимори, но губи изборите. След поражението напуска Перу и се установява в Мадрид, където през 1993 г. получава испанско гражданство. По същото време излиза и автобиографията му „Риба във водата“ (1993).
Марио Варгас Льоса е удостоен с най-престижните отличия в испаноезичната литература, като наградите Планета и Сервантес. Бил е член на Испанската академия, почетен доктор на университети като Йейл, Харвард, Оксфорд, Сорбоната, Европейския университет в Мадрид и други, както и Кавалер на Ордена на Почетния легион на Френската република. През октомври 2010 г. получава Нобелова награда за литература „за неговата картография на структурите на властта и ярките образи на съпротивата, бунта и поражението на индивида“, според Шведската академия.
Умира на 13 април 2025 г.