Alexandre Padilha ist Facharzt für Infektionskrankheiten und absolvierte sein Medizinstudium an der Staatlichen Universität Campinas (UNICAMP) mit einem Aufbaustudium an der Universität São Paulo (USP). Derzeit ist er als Forschungsarzt am Zentrum für Tropenmedizin der Abteilung für Infektions- und Parasitenkrankheiten der Universität São Paulo (NUMETROP/USP) tätig, lehrt im interdisziplinären Weiterbildungsprogramm für Allgemeinmedizin, im Weiterbildungsprogramm für Familien- und Gemeindemedizin an der Universität Nove de Julho (UNINOVE) und ist Professor für Primärversorgung an der Fakultät für Innere Medizin und Gesundheitswissenschaften (MANDIC).

Seit 2016 ist er zudem als Berater für die Panamerikanische Gesundheitsorganisation (PAHO/WHO) und als Mitglied der Nationalen Beratungsgruppe des Bevölkerungsfonds der Vereinten Nationen (UNFPA) tätig. Er hat außerdem Projekte im Bereich Tropenkrankheiten geleitet und koordiniert und in internationalen und nationalen Fachzeitschriften, insbesondere zu den Themen öffentliche Gesundheit und Tropenmedizin, publiziert. Von 2011 bis 2014 war er Nationaler Direktor für indigene Gesundheit im Gesundheitsministerium, Staatsminister für Gesundheit und von 2009 bis 2010 Staatsminister für institutionelle Beziehungen im Präsidialamt der Republik. Darüber hinaus war er Leiter der Abteilung für Regierungsbeziehungen der Stadt São Paulo und von September 2015 bis Dezember 2016 Gesundheitsdezernent der Stadt São Paulo.