Hij wordt met de achternaam Caletti-Bruno als zoon van een kapelmeester op 14 februari 1602 in Crema geboren, maar neemt de naam aan van zijn beschermheer, de gouverneur van Crema. Deze zendt hem naar Venetië,  waar hij het voorrecht geniet om deel uit te mogen maken van het koor van de San Marco onder leiding van Monteverdi, eerst als jongenssopraan en later als tenor. Hij ontwikkelt zich tevens tot organist en op zijn achttiende vinden we hem achter het orgel van de Venetiaanse Basilica dei SS. Giovanni en Paolo.

  Hij trouwt een rijke weduwe en geeft de baan op. In 1639 schrijft hij zijn eerste opera – Le Nozze di Tete e di Peleo – voor het theater van de lagunenstad. Hij is dan inmiddels ook tweede organist van de San Marco. In 1646 wordt een werk van hem in Parijs opgevoerd. In 1660 haalt kardinaal Mazarin, een Italiaan in Franse dienst en die de jonge Zonnekoning zwaar beïnvloedt en hem de kneepjes bijbrengt van absolute machtspolitiek, Cavalli naar Parijs. Hij vraagt hem een opera te schrijven ter gelegenheid van het huwelijk van Lodewijk IV met de infante Maria Theresia van Spanje, waardoor deze een voet tussen de deur krijgt bij de Spaanse Habsburgers. De opera komt echter niet af vanwege de intriges van Jean-Baptiste Lully, de dood van Mazarin , het niet klaar zijn van een nieuw theater in het Palais des Tuileries en ook omdat Cavalli ziek wordt. In het Louvre wordt nu zijn opera Serse opgevoerd, waarbij de koordelen worden vervangen door balletten van Lully. Anderhalf jaar later voltooit hij de voor het huwelijk bedoelde  opera – Ercole Amante – en wordt deze als nog opgevoerd, maar vanwege tientallen toegevoegde balletten van Lully, die ze zelf danst, duurt de voorstelling wel zes uur. Voor Cavalli is de maat vol en hij keert terug naar Venetië. Daar schrijft hij nog zes opera’s en legt zich verder toe op kerkelijke muziek. In 1665 wordt hij kapelmeester en eerste organist van de San Marco. De partituren van de meeste van zijn 27 opera’s, die bekend zijn, liggen bewaard in de bibliotheek van de San Marco. Wellicht schreef hij er wel 42. In de carnavalstijd zorgden zijn opera’s voor een populair vermaak. In La Caliste wordt feestelijk en komisch gewag gemaakt van vrije opvattingen over religie en seks. Hij overlijdt op 14 januari 1676.