Nacido en Madrid, era hijo del historiador, académico numerario de la Real Academia de la Historia y político moderado Manuel Danvila y Collado. Realizó sus estudios en Derecho, para ingresar inmediatamente después, en 1896, en la carrera diplomática.
Tras pasar brevemente por el Ministerio de Estado, fue nombrado en 1899 tercer secretario de la embajada española en Londres. Sus inicios literarios estuvieron muy marcados por su dedicación profesional; publicó en 1900 la monografía Don Cristóbal de Moura, primer Marqués de Castel Rodrigo (1538- 1613), extenso estudio sobre quien también fuera diplomático. Continuó con dos irónicas novelas de costumbres sobre la clase alta madrileña, Lully Arjona (1901) y La conquista de la elegancia (1901), de trama sentimental. En 1902 publicó un nuevo estudio histórico, Luisa Isabel de Orleans y Luis I, que tuvo continuación en Fernando VI y doña Bárbara de Braganza (1905), ambos centrados en la España del siglo xviii, que tan importante fue en su obra posterior.
En 1905 su carrera literaria quedó de lado cuando fue nombrado segundo secretario de la embajada española en La Habana. Poco después, ocupó el mismo cargo en Montevideo, y en 1913 fue nombrado primer secretario de la embajada de Buenos Aires. En 1923 comenzó con El testamento de Carlos II la que fue su obra literaria de mayor calado, la serie Las Luchas Fratricidas de España, especie de episodios nacionales en la época de las guerras de sucesión entre austrias y borbones en la primera mitad del siglo xviii.
La serie se convirtió en un gran éxito para su editorial, Espasa Calpe, por lo que constantemente reeditada durante las décadas de 1920 y 1930, a la vez que se seguían sumando nuevos volúmenes hasta alcanzar el décimo y último, ya después de la Guerra Civil, Aún hay Pirineos (1940). Danvila fue además capaz a lo largo de estos años de simultanear su labor literaria con cargos diplomáticos de creciente importancia, como las embajadas de Buenos Aires, donde sustituyó en 1930 a Ramiro de Maeztu, y París, para la que fue nombrado por el gobierno de la República en mayo de 1931. Nada se sabe de sus últimos años.