Nato a Trastevere, nel cuore di Roma, Alvaro Vitali è di aspetto buffo, basso, col doppio mento e con un volto che ispira il riso solo col guardarlo; le sue origini, legate alla tradizione romana e "romanesca" e la sua simpatia plasmeranno il suo personaggio che, insieme a Lino Banfi, Renzo Montagnani e tanti altri, caratterizzerà la commedia sexy tra gli anni '70 ed '80.
Di professione elettricista, ma con una passione per il canto e il ballo, venne scoperto da Federico Fellini che durante un provino rimase colpito dall'aspirante attore e, nel 1969 lo fece esordire nel cinema con una piccolissima parte in Satyricon. Il maestro riminese lo volle poi anche ne I clowns (1971), Roma (1972) e, soprattutto, in Amarcord (1973).
La fama di Alvaro Vitali è però legata soprattutto alla commedia erotica all'italiana che, per alcuni anni, costituì un rilevantissimo fenomeno cinematografico commerciale. Dopo aver interpretato La poliziotta con Mariangela Melato, Vitali viene notato per una gag con la pistola (dove sbaglia sistematicamente ogni colpo) dal produttore Luciano Martino. Da qui Alvaro comincia a lavorare con la Dania film.
A partire dalla seconda metà degli anni '70, Alvaro Vitali interpretò numerosissimi film (in genere considerati di scarsissima qualità, ma veri e propri cult per gli appassionati del genere), di solito nel ruolo di spalla di altri attori come Lino Banfi e Renzo Montagnani, per indossare poi i panni del protagonista interpretando il ruolo di Pierino in Pierino contro tutti (1981) e Pierino colpisce ancora (1982), entrambi diretti da Marino Girolami, e in Pierino medico della Saub (1981) di Giuliano Carnimeo.
È il solo attore ad essere stato scritturato quattro volte consecutive da Federico Fellini. Ne i clowns è doppiato. Mentre in Che? non parla ma dipinge d'azzurro una gamba (interpreta un imbianchino) a Sydne Rome. Per anni è stato testimonial dei Magazzini allo Statuto, un grande magazzino di Roma.