1930-ban született Havannában, egy háromgyermekes családban. Édesanyja gazdag spanyol családból származott, de megszökött egy hivatásos fekete baseballjátékossal, gyermekeinek leendő édesapjával. Omara 1945-ben táncosnőként kezdte pályáját a havannai Tropicana Clubban, nővérét Haydeet követve. 1952-ben a nővérek két barátjukkal, Elena Bourke-kel és Moraima Secadaval megalakították a Cuarteto las d'Aida énekegyüttest, háttérben a zongorista Aida Diestroval. A csapat jelentős sikerre tett szert, többek között az Amerikai Egyesült Államokban is turnéztak. Ezenkívül a Tropicanában együtt szerepeltek Nat King Cole-lal is, továbbá készítettek egy lemezt az RCA Victor lemezkiadónál. 1959-ben Portuondo kiadott egy szólóalbumot „Magia Negra” címmel, ami dzsesszt és kubai zenét egyaránt tartalmazott.
Haydee 1961-ben kivált a csapatból, mert az USA-ba költözött, ennek ellenére Omara továbbra is az Aidában énekelt egészen 1967-ig.
Az 1967-1996 közötti évek
1967-ben szólókarrierbe kezdett. Még ugyanebben az évben fellépett a sopoti fesztiválon Lengyelországban, ahol együtt énekelte Juanito Márquezszel a Como un Milagro című dalt. az 1970-es években mindvégig az Orchestra Aragon nevű charanga zenekarral lépett fel szerte a világon.
1974-ben Martin Rojas gitárossal elkészítette a legtöbb bírálatot kiváltó felvételét, amelynek dalaival Salvador Allendechilei elnököt és a chilei népet magasztalta egy évvel az Augusto Pinochet tábornok vezette katonai puccs után. A lemez egyik dala, a gyönyörű Hasta Siempre kiemelkedett a többi dal közül, ami Ernesto Che Guevarát dicsőítette.
Az 1970-es és 1980-as években továbbra is jelentős sikereket ért el külföldön és hazai pályán egyaránt. Többek között turnézott, lemezeket adott ki, filmekben játszott és saját tv-sorozata is volt.
A film elkészülte után még két albummal jelentkezett: a Buena Vista Social Club presents Omara Portuondo-val 2000-ben és a Flor de Amorral 2004-ben. 2005 júliusában a berlini Classic Open Air Fesztiválon lépett fel legfontosabb dalaival szimfonikus zenekar kíséretével 7000 ember előtt. A teljes műsort egy régi munkatárs, Roberto Sánchez Ferrer hangszerelte, akivel hajdanán a Tropicalban dolgozott együtt.
