Haydée Santamaría sinh ngày 30-12-1922 trong một gia đình trung lưu có 5 người con ở Encrucijada, miền Trung Cuba.
Khi còn trên ghế nhà trường, bà tỏ ra đặc biệt hứng thú với văn học và nhanh chóng tiếp cận các tác phẩm của José Martí. Đến đầu thập niên 1950, Haydée Santamaría cùng em trai là Abel Santamaría đến La Habana gặp gỡ Fidel Castro và trở thành những hạt giống đầu cho "Phong trào"-tên sơ khai của cách mạng Cuba.
Ngày 26-7-1953, Haydée Santamaría là một trong hai chiến sĩ nữ trong hàng ngũ gồm 160 nông dân, công nhân nhà máy đường và trí thức do Fidel Castro lãnh đạo tấn công pháo đài Moncada. Nhưng do lực lượng quá mỏng, thiếu thốn trang bị, cuộc tấn công thất bại sau vài giờ giao tranh. Bà cùng nhiều lãnh đạo cách mạng khác bị bắt giam.
Binh lính của Fulgencio Batista tra tấn dã man các chiến sĩ để moi thông tin về "Phong trào" nhưng không thể khuất phục ý chí kiên cường của họ. Bọn cai ngục chuyển sang uy hiếp Haydée Santamaría, móc một mắt của Abel Santamaría cho bà xem và đe dọa sẽ tiếp tục nếu bà không chịu khai.
Sau đó, chúng sát hại Boris Luis Santa Coloma, chồng chưa cưới và cũng là đồng chí của bà, nhưng bà khảng khái nói: "Anh ấy không chết, vì chết cho Tổ quốc mình là được sống mãi". Sau này, Fidel Castro nhận định, lịch sử Cuba chưa từng có người phụ nữ nào anh hùng như thế.
Haydée Santamaría bị kết án 7 tháng tù giam. Đến ngày ra tù, bà cùng nữ đồng đội Melba Hernadez được Fidel Castro gửi cho nhiều lá thư.
Giữa những dòng chữ trên thư là toàn văn bài diễn thuyết "Kết án tôi nhưng lịch sử sẽ giải oan cho tôi" mà Fidel Castro phát biểu trong phiên tòa xét xử mình, được viết bằng nước chanh để không hiển thị trên mặt giấy. Haydée Santamaría cùng Melba Hernadez sau đó đã giải mã, sao chép bài diễn thuyết này ra 10.000 bản và phát hành đi khắp Cuba.
Ngày 13-5-1955, "cơn địa chấn" từ bài diễn thuyết cùng sức ép từ các đối thủ chính trị buộc chính phủ Batista phải ân xá cho Fidel Castro cùng đồng đội. "Phong trào" phát triển thành "Phong trào 26-7", cái tên xuất phát từ ngày tấn công pháo đài Moncada.
Ngày 2-12-1956, khi con tàu Granma chuẩn bị cập bến bãi biển Playa Las Coloradas, miền Nam Cuba, Haydée Santamaría cùng các đồng chí đã tổ chức một cuộc biểu tình tại thị trấn gần đó để đánh lạc hướng quân đội Batista, tạo điều kiện cho Fidel Castro cùng 81 chiến sĩ đổ bộ an toàn.
Thời gian đầu, Fidel Castro chỉ có khoảng 200 tay súng, đối đầu với 37.000 quân chính phủ vũ trang mạnh. Haydée Santamaría thường rời khỏi Cuba tới Miami (Mỹ) để tìm mua vũ khí cho cách mạng tiến hành chiến tranh du kích ở dãy núi Sierra Maestra.
Mỗi khi trở về, bà mang theo đạn được giấu vào các túi bí mật trong nếp váy của mình, vượt qua sự kiểm soát gắt gao của binh lính Batista.
Ngày 4-9-1958, Haydée Santamaría cùng Melba Hernadez và nhiều chiến sĩ khác gia nhập trung đội nữ "Mariana Grajales", dũng cảm chiến đấu trên tuyến đầu. Lúc này, "Phong trào 26-7" đã lớn mạnh sau nhiều chiến thắng trước quân đội Batista.
Ngày 1-1-1959, quân cách mạng giành được thắng lợi quyết định ở thành phố Santa Clara, khiến Fulgencio Batista hoảng sợ, bỏ chạy ra nước ngoài. Quân đội chính phủ nhanh chóng tan rã, mở rộng cửa cho quân cách mạng tiến vào giải phóng La Habana.
4 tháng sau ngày cách mạng thành công, Haydée Santamaría đứng ra thành lập Casa de las Américas (Ngôi nhà châu Mỹ), một tổ chức có vai trò kết nối các quốc gia Mỹ Latinh và phổ biến văn hóa nghệ thuật cách mạng.
Bà mong muốn Casa de las Américas trở thành trung tâm cho giới văn nghệ sĩ lan tỏa tinh thần đấu tranh vì tự do, bình đẳng. Haydée Santamaría mất ngày 28-7-1980 tại nhà riêng.