Op 11-jarige leeftijd kwam Nacho in de jeugdopleiding van Real Madrid terecht. Op 23 april 2011 maakte hij zijn debuut als linksback in de met 3-6 gewonnen partij tegen Valencia. Een week later begon hij opnieuw in de basiself. Real verloor thuis met 2-3 van Real Zaragoza.
Op 2 september 2012 maakte José Mourinho bekend dat Nacho, Álvaro Morata en Jesús Fernández zouden meetrainen met het eerste elftal. Ook al speelden ze dat seizoen nog steeds wedstrijden voor Real Madrid Castilla. In 2013 werd Nacho definitief bij de hoofdmacht gehaald. Hij erfde het rugnummer van Raúl Albiol.
Nacho kwam uit voor Spanje -16, Spanje -17 en Spanje -19. Met Spanje -21 won hij het Europees kampioenschap voetbal onder 21. Op 10 september 2013 debuteerde hij voor Spanje in een vriendschappelijke interland tegen Chili. Hij verving de geblesseerde Iñigo Martínez in de selectie en mocht na een uur spelen invallen voor Sergio Ramos. Nacho maakte deel uit van de Spaanse selectie, die onder leiding van interim-bondscoach Fernando Hierro in 2018 deelnam aan de WK-eindronde in Rusland. Daar wist de ploeg niet te overtuigen; in groep B werd gelijkgespeeld tegen Portugal (3-3) en Marokko (2-2). Spanje won in de poulefase alleen van Iran (1-0). In de achtste finales trokken de Zuid-Europeanen vervolgens in de strafschoppenreeks aan het kortste eind in het duel met gastland Rusland (3-4), nadat beide teams in de reguliere speeltijd plus verlenging op 1-1 waren blijven steken. Koke en Iago Aspas misten voor Spanje vanaf elf meter, oog in oog met de Russische doelman Igor Akinfejev. Nacho kwam in twee van de vier duels in actie.