Med tapet kommer Alcaraz til å miste statusen som verdensener til Novak Djokovic når ATP-rankingen oppdateres tidlig neste uke. Alcaraz var tittelforsvarer i Miami og hadde dermed 1000 poeng å forsvare.
Spanjolen tok ledelsen etter 7-6 (7-4) i det første settet, men deretter slo Sinner hardt tilbake og kunne til slutt juble med 6-4 og 6-2 i de påfølgende settene. Dermed møter han russiske Daniil Medvedev i finalen søndag.
– Jeg visste at jeg måtte vente på de riktige øyeblikkene. Jeg er veldig glad for å være i finalen, sa Sinner.
Italieneren knuste samtidig Alcaraz' håp om en ny Masters1000-seier i USA. 19-åringen vant nylig Indian Wells og var tittelforsvarer i Miami etter finaleseieren over Casper Ruud sist sesong. Alcaraz hadde vunnet ti kamper på rad før lørdagens tap.
Han fikk også problemer med krampe underveis i kampen og var til tider frustrert på hardcourten i Florida.
– Jeg fikk kramper i starten av tredje sett, men det var ikke grunnen til at jeg tapte. Jannik var bedre enn meg, og slik er det, sa Alcaraz etter kampen.