Matemático por la Universidad de Valladolid, Doctor en Informática (premio extraordinario) por la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), en la que ocupó diversos puestos desde su incorporación en el año 1985. Desde el año 2004 es Catedrático de Universidad en el área de las Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial, puesto obtenido en las primeras habilitaciones nacionales celebradas. En el año 2007 se incorpora como Catedrático a la Universidad Politécnica de Madrid (UPM).

La actividad investigadora del profesor Larrañaga se desarrolla en el área del aprendizaje automático, los modelos gráficos probabilísticos y la computación evolutiva con aplicaciones en dominios biomédicos, bioinformáticos y de neurociencia. En dichos temas ha publicado más de 300 trabajos científicos, entre ellos es coautor de 6 libros (los dos últimos publicados este año por las editoriales CRC Press y Cambridge University Press), más de 160 artículos JCR y más de 70 capítulos de libro. Sus trabajos han recibido más de 6.400 citas según la Web of Science. Su índice h es 32 (Clarivate). Según Google Scholar, donde acumula un total de más de 18.500 citas (índice h=53). Un trabajo relativo a la detección de genes asociados al cáncer colorectal ha sido patentado con cobertura mundial, habiendo obtenido una patente de cobertura nacional para un kit de diagnóstico de cáncer de pulmón. Ha dirigido 26 tesis doctoral. 

El profesor Larrañaga ha participado en más de 70 proyectos de investigación a nivel regional, nacional, e internacional. Ha participado entre otros en proyectos del plan nacional, Consolider-Ingenio, Cenit y en un proyecto del National Institutes of Health en colaboración con Harvad University. Actualmente participa en los Proyectos Cajal Blue Brain y Human Brain Project ambos de 10 años de duración en aspectos computacionales en neurociencia. Ha impartido charlas invitadas en prestigiosas universidades y centros de investigación tales como Harvad University, Massachusetts Institute of Technology, University of Utrech, Fraunhofer Institute, Pittsburgh University, Aalborg University, University of Economics in Praga, Nijmegen University, Essex University, y National University of Seoul. Ha impartido más de 17 charlas plenarias y 13 tutoriales en conferencias internacionales.

A nivel de gestión ha sido Secretario de la Facultad de Informática de la UPV/EHU en el periodo comprendido entre 1988 y 1991, Gestor del Plan Nacional en el área de Tecnologías Informáticas en el periodo 2007-2010, y miembro del comité asesor del área de Ingenierías de la Comunicación, Computación y Electrónica de la Comisión Nacional Evaluadora de la Actividad Investigadora (CNEAI) en el periodo 2010-2011. Colabora como experto con distintas agencias de evaluación europeas (Francia, Holanda, Austria, Israel, Bélgica, Portugal, Croacia). El profesor Larrañaga ha visto reconocida su actividad investigadora con el nombramiento, a nivel europeo, de ECCAI Fellow en 2012 y con el galardón de Premio Nacional de Informática Aritmel en 2013. En 2018 recibió el premio de la Asociación Española de Inteligencia Artificial por la labor desarrollada durante su carrera académica, y fue investido miembro de la Academia Europaea. Recientemente ha participado en el Grupo de Expertos que han redactado la Estrategia Española en I+D+I en Inteligencia Artificial.