Получив художественное образование в Венецианской Академии художеств, Кавальказелле участвовал в итальянских революционных волнениях 1848 г. За участие в нём приговорён к изгнанию и отправился в Лондон вместе со своим другом Джозефом Арчером Кроу.
Плодом совместного творчества Кроу и Кавальказелле стал ряд книг по искусствоведению, заложившие основу систематической британской истории искусства, понимаемой как совокупность хронологий индивидуальных манер художников. Первой совместной работой Кроу и Кавальказелле была книга «Ранние фламандские художники» (англ. Early Flemish Painters; Лондон, 1857). За ней последовали фундаментальная «Новая история живописи в Италии со II по XVI вв.» (англ. A New History of Painting in Italy from the Second to the Sixteenth Century; 1864—1871, 5 томов), биографии Тициана (англ. Titian: His Life and Times; 1877) и Рафаэля (англ. Raphael: His Life and Works; 1882—1885). Распределение работы между двумя авторами состояло, по-видимому, в том, что Кроу производил окончательную отделку и редактуру текста, основанного на идеях обоих авторов, зато Кавальказелле дополнительно участвовал в книгах эскизными копиями обсуждаемых картин.
В 1857 г. Кавальказелле получил возможность вернуться в Италию. До 1878 г. он занимал должность инспектора национального музея во Флоренции, затем стал главным инспектором при центральном управлении изящных искусств в Риме. По словам современного специалиста, Кавальказелле «исходил почти всю Италию и зарисовал иконы и картины старых мастеров для их сравнительного анализа и изучения, ибо развитая фотографическая техника была в то время мало кому доступна»; встреча Кавальказелле с Бернардом Бернсоном во многом определила дальнейший творческий путь последнего.
