Alonso Lujambio fue licenciado en Ciencias Sociales por el Instituto Tecnológico Autónomo de México (ITAM), y maestro en Ciencia Política por la Universidad de Yale, Estados Unidos. Ejerció como profesor del Instituto Tecnológico Autónomo de México ITAM, de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y de la Universidad Iberoamericana (UIA). Fue director de la Licenciatura en Ciencia Política en el ITAM entre 1993 y 1996, así como de 2003 a 2005.
Fue consejero electoral del Instituto Federal Electoral (IFE) entre 1996 y 2003. En 2004 fue asesor de la ONU en Bagdad, Iraq, para el diseño del sistema electoral utilizado en las elecciones de la Asamblea Constituyente de enero de 2005. Fue comisionado del Instituto Federal de Acceso a la Información Pública (IFAI) entre 2005 y 2009 y fungió como comisionado presidente de julio de 2006 a abril de 2009. Fue Secretario de Educación Pública del 6 de abril de 2009 al 16 de marzo de 2012. El 29 de agosto de 2012 rindió protesta como Senador de la República a la LXII Legislatura del Congreso de la Unión.
El 25 de junio de 2009, se afilió al Partido Acción Nacional.
El 6 de abril de 2009 fue designado titular de la Secretaría de Educación Pública (SEP) por el Presidente Felipe Calderón, en sustitución de Josefina Vázquez Mota.
Como secretario de Educación Pública, entre otros, promovió políticas para aumentar la calidad de la educación: la conformación y activación de los Consejos Escolares de Participación Social en las escuelas públicas de educación básica del país.
Fue precandidato a la Presidencia de México por el PAN en 2011.
Mientras se encontraba hospitalizado en el Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán, debido a una insuficiencia renal severa en noviembre de 2011, se le detectó mieloma múltiple en fase inicial, e inició un tratamiento para su control. A causa de esto, el 16 de marzo de 2012, Alonso Lujambio renunció al cargo de Secretario de Educación Pública, sucediéndolo en el cargo el ex Secretario de Salud José Ángel Córdova.
Su reaparición el 29 de agosto en la Cámara de Senadores donde tomó protesta como senador electo del Partido Acción Nacional (PAN) junto con los otros 127 legisladores que integran la LXII legislatura y su cumpleaños 50, el día 2 de septiembre, marcaron los últimos momentos de este hombre que deja tras de sí polémica, ejemplo de lucha y una silla vacía en el senado.
