Tra il 1961 e il 1966 Alfonso Vallejo ha studiato e ottenuto la Laurea in Medicina alla Universidad Complutense de Madrid. Nel 1968 concorse per l'esame medico degli Esteri (ECFMG) per lavorare negli Stati Uniti. Nel 1970, finì la sua specializzazione in neurologia e nel 1977 presentò la sua tesi di dottorato in medicina presso l'Universidad Autónoma de Madrid.