อัลฟอนโซเสด็จพระราชสมภพในโตเลโด ราชอาณาจักรกัสติยา เมื่อวันที่ 23 พฤศจิกายน ค.ศ. 1221 ซึ่งเป็นวันฉลองของนักบุญเคลเมนต์[1] เป็นพระโอรสคนโตของพระเจ้าเฟร์นันโดที่ 3 แห่งกัสติยากับเอลีซาเบ็ท (เบียทริซ) แห่งสวาเบีย พระมารดาของพระองค์เป็นลูกพี่ลูกน้องทางฝั่งพระบิดาของจักรพรรดิฟรีดริชที่ 2 แห่งจักรวรรดิโรมันอันศักดิ์สิทธิ์ พระอัยกาอัยกีทางฝั่งพระมารดาของพระองค์คือฟิลลิพแห่งสวาเบียกับอีรีนี อันเจลีนา ไม่ค่อยมีข้อมูลว่าพระองค์ได้รับการเลี้ยงดูเช่นไร แต่พระองค์น่าจะเติบโตในโตเลโด ในช่วงเก้าปีแรกของชีวิตอัลฟอนโซเป็นทายาทในกัสติยาเพียงที่เดียวจนกระทั่งพระเจ้าอัลฟอนโซที่ 9 แห่งเลออน พระอัยกาฝั่งพระบิดาของพระองค์สิ้นพระชนม์ ทำให้พระบิดาของพระองค์รวมราชอาณาจักรกัสติยาและราชอาณาจักรเลออนเข้าด้วยกัน ทรงเริ่มต้นหน้าที่การงานด้วยการเป็นทหารภายใต้การบัญชาการของพระบิดาตอนพระชนมายุ 16 พรรษา

หลังพระเจ้าตีโบที่ 1 ได้รับเลือกเป็นกษัตริย์แห่งนาวาร์ พระบิดาของพระองค์พยายามจับอัลฟอนโซแต่งงานกับบล็องช์แห่งนาวาร์ พระธิดาของพระเจ้าตีโบ แต่ทำไม่สำเร็จ ในเวลานั้นพระองค์มีความสัมพันธ์อันหวานชื่นกับมายอร์ กิเยน เด กุซมัน ที่มีบุตรสาวให้พระองค์หนึ่งคนชื่อเบอาตริซ ในปี ค.ศ. 1240 ทรงแต่งงานกับมายอร์ กิเยน เด กุซมัน แต่ต่อมาการแต่งงานถูกประกาศให้เป็นโมฆะและบุตรของทั้งคู่ถูกประกาศให้เป็นบุตรนอกสมรส ในช่วงไล่เลี่ยกัน (ค.ศ. 1240–1250) ทรงพิชิตที่มั่นหลายแห่งในอัลอันดะลุสของชาวมุสลิมเคียงข้างพระบิดา เช่น มูร์เซีย, อาลิกันเต, กาดิซ

ในปี ค.ศ. 1249 อัลฟอนโซแต่งงานกับโยลันดาแห่งอารากอน พระธิดาของพระเจ้าไชเมที่ 1 แห่งอารากอนกับโยลานแห่งฮังการี ซึ่งทั้งคู่หมั้นหมายกันในปี ค.ศ. 1246