Nace en Madrid el 30 de mayo de 1958 y posteriormente se traslada con su familia a Mission Viejo, California, donde se gradúa en el instituto local en 1976. En 1980 se titula en Ingeniería de Sistemas por la Academia Naval de los EE.UU. y en 1988 recibe el máster en Ingeniería Aeronáutica por la Escuela Naval de Posgrado de los EE.UU. Se gradúa igualmente en la Universidad de Harvard en el Programa Gubernamental para Ejecutivos. Habla inglés, español, francés y ruso.
Tras su preparación como piloto de vuelo y designación como piloto naval en 1981, López-Alegría trabaja primero como instructor de vuelo y luego como piloto y comandante del avión EP-3E.
En 1986 se integra en un programa conjunto bianual entre la Escuela Naval de Posgrado en Monterey, California, y la Escuela Naval de Pilotos de Pruebas en Patuxent River, Maryland. Posteriormente, y previo a su vinculación con NASA, trabaja como piloto de pruebas y gestor de programas en el Centro Naval Aéreo de Pruebas. Ha acumulado más de 5.000 horas de vuelo en 30 modelos de avión diferentes.
En agosto de 1992 López-Alegría ingresa en el Centro Espacial Johnson (JSC). Tras un año de entrenamiento y su nombramiento como astronauta, es destinado, en primer lugar, a un departamento técnico dentro de la Oficina de Astronautas, y posteriormente al Centro Espacial Kennedy (KSC), donde desempeñó labores de representación de tripulaciones y apoyo para lanzamientos y aterrizajes.
