Nació en el castillo de Arenas de San Pedro, en una de las familias más ricas e influyentes de Castilla. Era hijo de Iñigo López de Mendoza y Luna, II duque del Infantado y nieto de Diego Hurtado de Mendoza, I duque del Infantado.

Participó en la Guerra de Granada, distinguiéndose en la batalla de Loja en el año 1486. A la muerte de su padre en el año 1500 sucedió como primogénito, convirtiéndose en III duque del Infantado, IV marqués de Santillana, V conde de Saldaña, IV conde de Manzanares el Real y VI señor de Hita y Buitrago.

Intentó sacar provecho para su familia en las luchas por la sucesión a la muerte de los Reyes Católicos, fue un fuerte opositor de la política del cardenal Francisco Jiménez de Cisneros y defendió los derechos de la nobleza.

En 1519 el rey Carlos I de España le nombró caballero de la Orden del Toisón de Oro.

Durante la guerra de las Comunidades de Castilla esperó cautelosamente para ver que bando iba a ganar. En 1521 decidió apoyar al rey Carlos I, sobre todo debido a su odio hacia el obispo Antonio de Acuña.

En 1525, después de que el rey Francisco I de Francia hubiera sido hecho prisionero en la batalla de Pavía, se alojó en su palacio.

En su vejez, el duque sufrió de gota.

El compositor catalán Mateo Flecha el Viejo estuvo a su servicio desde 1525 hasta su muerte.

Contrajo matrimonio en primeras nupcias con Leonor de la Cerda Aragón y Navarra, hija de Luis de la Cerda y de la Vega, V conde y I duque de Medinaceli, sin sucesión.

Contrajo segundo matrimonio en 1491 con María Pimentel y Pacheco (m. 1499), hija de Rodrigo Alonso Pimentel, IV conde y I duque de Benavente. Fueron padres de:

• Diego Hurtado de Mendoza y Pimentel^[2]​ (n. 1493), que falleció antes que su padre y no heredó el ducado del Infantado, pero fue IV conde de Saldaña.
• Íñigo López de Mendoza y Pimentel,^[2]​ IV duque del Infantado (1493-1566).
• Rodrigo de Mendoza y Pimentel (c. 1500-antes del 4 de febrero de 1551), I marqués de Montesclaros, señor de Castilvayuela, y de la Higuera de las Dueñas, comendador de Paracuellos en la Orden de Santiago. Se casó con Francisca de Mendoza, hija de Íñigo López de Mendoza, señor de Colmenar, Cardoso y el Vado, y de Constanza de Ayala.^[3]​
• Ana Hurtado de Mendoza y Pimentel,^[2]​ que casó con Luis de la Cerda y Portugal, I marqués de Cogolludo.
• María Hurtado de Mendoza,^[2]​ que falleció joven.
• Elvira Hurtado de Mendoza,^[2]​ que también falleció joven.
• Rodrigo II Hurtado de Mendoza y Pimentel,^[2]​ casado con Isabel de Rivera.
• Francisco Hurtado de Mendoza y Pimentel,^[2]​ monje benedictino en el monasterio de Sopetrán.
• Brianda Hurtado de Mendoza y Pimentel,^[2]​ que casó con Álvar Gómez de Ciudad Real, III señor de Pioz.
• Francisca Hurtado de Mendoza y Pimentel,^[2]​ que casó con Antonio Paz y Valencia, hijo de Sancho Paz Maldonado, contador mayor de los Reyes Católicos y de María de Valencia Pimentel.^[4]​
• Marina Hurtado de Mendoza y Pimentel,^[2]​ que casó con Juan Arias y Portocarrero, II conde de Puñonrostro.
• Brianda de Mendoza,^[2]​ abadesa en el convento de santa Clara de Tordehumos.

Contrajo tercer matrimonio en 1530 con María Maldonado, hija de Antonio de Proaño y de María Maldonado, sin descendencia.

En su juventud tuvo un hijo con la bailaora gitana María Cabrera:

• Martín de Mendoza (n. 1489), llamado «el gitano» por ser su madre de etnia gitana. Fue muy querido por su padre, consiguió que fuera legitimado en 1514 por los reyes, y le hizo entrar en la carrera eclesiástica, archidiácono de Guadalajara y Talavera. Fue famoso su amancebamiento con María de Cervantes, tía paterna del escritor Miguel de Cervantes, comenzado al poco de que el padre de ella, Juan de Cervantes, empezara a trabajar para el duque (1527). Tuvieron una hija llamada Martina de Mendoza y Cervantes.}}

• La Casa de Infantado