Uno de los más destacados cineastas en la historia del cine cubano y latinoamericano. Se inicia en el cine en el año 1948, filmando cortos humorísticos. Fue fundador de la Sociedad Cultural Nuestro Tiempo que agrupaba a intelectuales de izquierda en 1950. En 1951 se gradúa de abogado y viaja a Roma para estudiar Dirección de Cine en el Centro Sperimentale di Cinematografía.

En 1955 colabora con Julio García Espinosa en la dirección del documental El Mégano, que narra la vida de los carboneros de la Ciénaga de Zapata y considerado por críticos como lo mejor de la creación cubana en esa década.

Aunque dedicado al largometraje de ficción, volvería de vez en cuando al documental, como en Esta tierra nuestra (1959) y El arte del Tabaco (1974), sin olvidar su colaboración con Santiago Alvarez en Muerte al invasor (1961). En la década de los '60, filmes como Las doce sillas, La muerte de un burócrata y la clásica Memorias del subdesarrollo mostrarían su genio cinematográfico. Posteriormente realizaría otras logradas cintas: Los sobrevivientes (1978),  La última cena (1976) y Fresa y Chocolate (1993), esta última junto a Juan Carlos Tabío y nominada para el Oscar.

Junto a Tabío realizó también su último filme en 1995, Guántanamera. En una entrevista durante la filmación de Fresa y Chocolate, Alea confesó: "Para mí el cine sigue siendo un instrumento valiosísimo de penetración de la realidad (...) El cine no es retratar la realidad simplemente. El cine es manipular. Te da la posibilidad de manipular distintos aspectos de la realidad, crear nuevos significados y es en ese juego que uno aprende lo que es el mundo".
Organiza en 1959, junto a otros directores, la sección de cine de la Dirección de Cultura del Ejército Rebelde, donde inicia la filmación de Esta tierra nuestra, primer documental después del Triunfo de la Revolución.
Participa en la fundación del Instituto Cubano del Arte e Industria Cinematográficos (ICAIC).
Fue miembro fundador de la Unión de Escritores y Artistas de Cuba (UNEAC). En 1960 realiza el primer largometraje de ficción del ICAIC, Historias de la Revolución, con el cual inicia una obra que lo hace conocido en el mundo entero como uno de los grandes de la cinematografía latinoamericana.

Se ofrecen retrospectivas de sus obras en múltiples ciudades de Europa, América y Asia.
Dictó conferencias y seminarios en centros culturales y de estudios de varios países.
En 1989 participó como asesor en los talleres de realización del Sundance Institute, en Estados Unidos.
Recibió numerosas distinciones, entre ellas, La Orden por la Cultura Nacional y la Orden Félix Varela de Primer Grado, otorgada por el Consejo de Estado, y en 1988, le conceden la categoría docente de Profesor Titular Adjunto en el Instituto Superior de Arte (ISA).

Escribió ensayos y artículos publicados en revistas y periódicos nacionales y extranjeros.
Publicó en 1980 su ensayo Dialéctica del espectador. Sus filmes han recibido numerosos premios y distinciones en todo el mundo. Fallece en La Habana, el 16 de abril de 1996.

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