Criado en el barrio de Bexiga, comenzó su carrera artística como crooner de la orquesta de Osmar Milani, que actuaba en la Avenida Danças, de São Paulo. También participaba en diversos programas de radio. En 1951 consiguió contrato (gracias al trompetista José Luís) en la Rádio América de su ciudad. En 1955 se presentó en la Rádio Mayrink Veiga, de Rio de Janeiro, al lado de Ângela Maria y Silvia Telles, con acompañamiento de la Orquestra Trabajara. En ese mismo año grabó, para la Polydor, "Meu benzinho" (versión de "My little one", de Frankie Lane), su primer éxito, con el que consiguió los trofeos Roquete Pinto y Disco de Oro. Al año siguiente, lanza para la Polydor el LP "Uma voz e seus sucessos", con música de Antonio Carlos Jobim y Dolores Durán, destacándose el samba-canção "Estrada do sol", uno de sus mayores éxitos. Los buenos resultados de este LP hizo que Tom Jobim y Vinicius de Moraes lo invitasen para ser intérprete de la B.S.O. "Orfeu de Carnaval", de Marcel Camus, donde fue acompañado por João Gilberto, alcanzando gran éxito "Manhã de Carnaval" (Luiz Bonfá/Vinicius de Moraes) y "A felicidade" (Tom Jobim/Vinicius de Moraes). En los años 1956, 1957, 1958 y 1959 consigue el Disco de Oro. En 1958 compuso el samba-canção "Forças ocultas" (con Antônio Bruno) y "Sozinho com você" (con Dirce Morais y Heitor Canilo). En ese mismo año lanzó para la RGE el LP "Agostinho espetacular", que incluía éxitos como "Balada Triste" (Dalton Vogeler/Esdras Silva) y "Até o nome é Maria" (Billy Blanco). En el 59, también para la RGE, grabó el LP "O inimitável Agostinho", donde se encontraban las canciones "Hino ao sol" (Billy Blanco/Tom Jobim), "Eu sei que vou te amar" (Tom Jobim/Vinicius de Moraes), "Fim de caso" (Dolores Duran), entre otras. En 1960 compuso los sambas "Chuva para molhar o sol" (con Edison Borges) y "Podem falar" (con Renato Gama Duarte). En ese año lanzó, para la RGE, el LP "Agostinho, sempre Agostinho" que, entre otros, incluía los sucesos "Céu e mar" (Johnny Alf) y "Amor em paz" (Tom Jobim/Vinicius de Moraes). En 1961 compone el samba-canção "Distância é saudade". En el 62 participó en el Festival de Bossa Nova en el Carnegie Hall (Nueva York, EE.UU.), acompañado por el conjunto de Oscar Castro Neves. Agostinho también actuó en Chile, Uruguay, Argentina, Venezuela, México, Italia, Portugal, Alemania, África y EE.UU. En 1967 compuso el samba-canção "Quem levou Maria" y grabó, en la RGE, el LP "Os grandes sucessos de Agostinho dos Santos". En 1968 participó en el III FIC, de la TV Globo, de Rio de Janeiro, interpretando "Visão" (antônio Adolfo/Tibério Gaspar). En octubre de ese año fue a Europa donde se presentó en la TV de Portugal, Inglaterra, Bélgica y Francia. Compuso "Balada do homem sem Deus" (con Fernando César), "Sambossa e Ave do amor" (con Chico Feitosa), "O amor está no ar" (con Miguel Gustavo), "Vai sofrendo", "Remorso" y "Prece ao sol", entre otras. Una de sus últimas grabaciones de "Avião" (Maurício Einhen/Durval Ferreira/Hélio Mateus), para la Odeon. Murió en un accidente aéreo, en las inmediaciones del aeropuerto de Orly, en París (Francia).