Parronchi insegnò storia dell'arte all'Università di Urbino, poi all'Accademia di belle arti di Bologna, quindi stabilmente a Firenze dal 1973 al 1989. Si interessò particolarmente all'opera di Filippo Brunelleschi, Lorenzo Ghiberti, Leon Battista Alberti, Paolo Uccello. Nel 1964 curò l'edizione del trattato di Paolo del Pozzo Toscanelli sulla prospettiva e, nel 1982, di un manoscritto sulla fortificazione militare attribuito a Baldassarre Petruzzi. Lo studio della scultura ebbe un particolare rilievo nella sua produzione di critico d'arte. Nel 1962, attribuì a Donatello un crocifisso ligneo che si trovava presso la Chiesa del bosco ai frati nel Mugello; egli fu inoltre autore di numerose attribuzioni ad altri artisti come Bertoldo, Michelozzo e Benvenuto Cellini. Di notevole rilievo sono le sue monografie su Masaccio (1966), Paolo Uccello (1974), Donatello (1980). Si occupò della scultura di Leonardo e di Michelangelo, e di quest'ultimo pubblicò, tra il 1975 e il 2003, alcuni volumi con inedite attribuzioni.
La vasta produzione scientifica e letteraria di Alessandro Parronchi può essere suddivisa in saggi storico-artistici sia nell'ambito dell'arte medievale che in quello dell'arte moderna e contemporanea; raccolte di poesie e pubblicazioni di carteggi intrattenuti con altri scrittori; traduzioni di autori antichi e di poeti francesi; attività pubblicistica comprendente oltre 1500 articoli apparsi su quotidiani e riviste, relazioni per congressi, presentazioni di mostre, recensioni, interviste.
Di particolare rilievo i carteggi con Vasco Pratolini ("Lettere a Vasco", 1996), e la più recente edizione dello scambio epistolare intrattenuto con Vittorio Sereni, svoltosi tra il 1939 e il 1983 ("Un tacito mistero", 2004). Tra le raccolte di poesie, si ricordano: "I giorni sensibili", Firenze 1941; "I visi", Firenze 1943; "Un'attesa", Parma 1949; "Per strade di bosco e di città", Firenze 1954; "Coraggio di vivere", Milano 1961; "Pietà dell'atmosfera", Milano 1970; "Replay", Milano 1980; "Climax", Milano 1990; "L'incertezza amorosa. Scelta di poesie dal 1937 al 1991", Firenze 1992; "Le Poesie", Firenze 2000 (che nel 2001 gli procurò il premio "Dino Campana); "Quel che resta del giorno", Firenze 2001. Tra le altre pubblicazioni: "Lorenzo e dintorni", Firenze 1992; "Cavallini 'discepolo di Giotto'", Firenze 1994; "La prima rappresentazione della Mandragola", Firenze 1995; "Ut pictura", Firenze 1997; "Il più vero ritratto di Dante", Firenze 1998. Egli ha inoltre curato: V. Pratolini, "Lettere a Sandro", Firenze 1992; "Renato Alessandrini. Ritratti e altri dipinti", Firenze 1992; "72 missive di Giorgio Morandi a Parronchi", Firenze 2000.
Nel 2001 gli è stato assegnato il premio Dino Campana per l'opera poetica omnia in due volumi.