Conoscitore e storico dell'arte, ispettore alle Belle Arti, patriota, nato a Legnago nel 1819 e morto a Roma nel 1897, costituisce una delle personalità più significative dell'Ottocento nel campo della tutela e della conservazione dei beni artistici, anche per le novità e la lungimiranza di metodi (studio analitico dell'opera) e proposte da lui formulate (costituzione di un ufficio ministeriale per le Arti e norme per i restauri).
Contribuì da giovane, come mazziniano, alla formazione dello Stato unitario, partecipando in prima persona ai moti del 1848 in particolare alle Cinque Giornate di Milano.A Padova si arruolò nella Legione studenti e volontari, prendendo parte alla difesa di Venezia, fino alla sua caduta. L'anno precedente, sulla strada di Berlino, aveva conosciuto il giornalista inglese Joseph Archer Crowe, che aveva studiato pittura a Parigi: nacque una amicizia che si trosformò ben presto in attiva e proficua collaborazione. Riparò, dopo la caduta di Venezia, in Svizzera; quindi passò a Londra, come esule: fu Mazzini a procurargli i passaporti con i quali fino al 1860 il Cavalcaselle poté viaggiare in Europa. All'estero apprezzarono subito le sue qualità di conoscitore: tanto che fu invitato a collaborare da Eastlake alla National Gallery di Londra, dal Waagen ai Musei di Berlino, dal Passavant alla Galleria di Liverpool. Nominato nel 1867 Ispettore al Bargello di Firenze, gli fu poi affidato il compito di Soprintendente ai restauri nelle province italiane. Dopo il trasferimento della capitale a Roma, al Cavalcaselle venne conferito l'incarico di Ispettore centrale per le Belle Arti. Collaborò col Crowe alla storia della pittura fiamminga. Egli aveva in animo di stendere un commento al Vasari, valendosi del materiale di studio raccolto nei suoi viaggi: ma Filippo Panizzi lo spinse a preparare una storia della pittura italiana «ricavandola non già dai libri, ma unicamente dalla diretta osservazione dei dipinti». Si accordò cosí con l'amico Crowe per la stesura: i primi due volumi uscirono nel 1864.
Tra i suoi lavori fondamentali: la Storia dell'antica pittura fiamminga, la Storia della pittura in Italia dal sec. II al sec. XVI (in 11 volumi), le monografie su Raffaello e Tiziano.
Morì su un treno che lo portava da Firenze a Roma, per lavoro, in piena attività, il 30 ottobre 1897.
