Acompañó a su madre a Bruselas cuando fue nombrada gobernadora de los Países Bajos. Alejandro había crecido en España con su primo hermano - el príncipe Carlos, hijo de Felipe II, y su tío Juan de Austria; los tres estudiaron en la Universidad de Alcalá.

Pasaron varios años antes de que pudiera demostrar su talento para las operaciones militares. Durante ese tiempo, los Países Bajos se habían rebelado contra su tío Felipe II, señor de Flandes y rey de España y, tras la muerte de Luis de Requesens, Juan fue enviado como gobernador en 1576. En otoño de 1577 Alejandro Farnesio fue enviado en su ayuda, llegando como comandante del ejército al frente de los tercios, con los que en enero de 1578 derrotó a un ejército protestante en la batalla de Gembloux. En octubre de 1578 Juan de Austria murió de tifus. Previamente había solicitado a Felipe II que se nombrara a Alejandro gobernador de los Países Bajos, a lo que el rey accedió.

Demostró sus dotes como diplomático a los tres meses, en enero de 1579, cuando consiguió, mediante la Unión de Arras, llevar de nuevo a la obediencia a Felipe II a las provincias del sur que se habían unido a Guillermo de Orange en rebeldía. Por el contrario, las provincias rebeldes abjuraron definitivamente de la soberanía de Felipe II unas semanas más tarde mediante la Unión de Utrecht.

Tan pronto como obtuvo una base de operaciones segura en la provincia de Hainaut y Artois, se dispuso a reconquistar las provincias de Brabante y Flandes. Una ciudad tras otra fueron cayendo bajo su control hasta llegar frente a Amberes, a la que sitió en 1584. El asedio de Amberes exigió todo el genio militar y fuerza de voluntad de Alejandro para completar el cerco y finalmente rendir la ciudad el 15 de agosto de 1585. El éxito militar de Alejandro volvió a poner en manos de Felipe II todas las provincias del sur de los Países Bajos, pero la orografía y situación geográfica de las provincias de Holanda y Zelanda hacían imposible su conquista sin contar con el dominio del mar, en manos de los rebeldes.

En 1586 se convierte en duque de Parma por la muerte de su padre y solicita permiso al rey para ausentarse y visitar el territorio del ducado, permiso que no le es otorgado, ya que el rey lo considera insustituible.

En preparación al intento de invasión de Inglaterra con la Armada Invencible, Alejandro marchó contra las ciudades de Ostende y Sluis y conquistó esta última, donde llegó la Armada en 1587. Después de la derrota de la Armada, Alejandro se instaló en Dunkerque.

Tras el asesinato del rey francés Enrique III en diciembre de 1589, Alejandro fue enviado con el ejército a Francia para luchar con la Liga Católica, opuesta al rey Enrique IV. En el asedio de Caudebec, el 25 de abril de 1592, resultó herido de un disparo de mosquete.¹​ Se retiró con su ejército a Flandes. Posteriormente su salud se agravó y murió la noche del 2 al 3 de diciembre de 1592 en la Abadía de Saint-Vaast de Arrás. Sus restos reposan en la iglesia de Santa María de Steccata en Parma (Italia).