Молина появился на свет под именем Альфредо 24 мая 1953 года в Лондоне. Оба его родителя были иммигрантами: отец — из Испании, мать — из Италии. Молина закончил Гилдхоллскую школу музыки и театра.

Альфред Молина дебютировал как актёр в ситкоме The Losers в 1978 году. В кино впервые появился в 1981 году — это была эпизодическая роль в первом фильме об Индиане Джонсе, «В поисках утраченного ковчега». Первая серьёзная роль относится к 1985 году, когда Молина появился в фильме «Письмо к Брежневу». До начала 1990-х Молина много работал в телесериалах, но затем оставил телевидение ради кино и театра. В середине десятилетия переехал в США.

В 1990-е Молина сыграл в таких фильмах, как «Особь», «Мертвец» (оба — 1995), «Анна Каренина» (1997), Магнолия (1999). В 2000 году Молина сыграл в фильме «Шоколад».

Широкая известность пришла к Молине после роли мексиканского художника Диего Риверы в биографическом фильме «Фрида» (2002) о художнице Фриде Кало. Роль принесла Молине номинации на премию BAFTA и награду Гильдии киноактёров США. После этого принял участие в двух блокбастерах: сыграл злодея Доктора Осьминога в комиксе «Человек-паук 2» (2004), а также появился в экранизации романа Дэна Брауна «Код да Винчи» (2006).

До переезда в США Молина играл в Королевском национальном театре. В 1998