Nacido en Valencia, en 1745, y muerto en Madrid en 1804. Estudió en la Universidad de Valencia, donde obtuvo los títulos de maestro en Filosofía (1762) y de doctor en Teología (1766). Fue preceptor del hijo de Teodomiro Caro de Briones, trabajo que le llevó a Oviedo, donde se ordenó sacerdote (1772), y más tarde a Madrid, ciudad en la que se relacionó con el grupo de ilustrados valencianos en torno a Francisco Pérez Bayer. Tras año y medio en Murcia como profesor de filosofía del Colegio de San Fulgencio, volvió a ser preceptor, esta vez de los hijos del duque del Infantado. Al ser nombrado éste embajador en Francia, se trasladó a París (1777), donde permaneció más de una década. En la capital francesa aprovechó su tiempo libre en completar su formación científica en diferentes disciplinas, resultando principalmente atraído por la botánica, que cursó bajo la dirección de Antoine Laurent de Jussieu.

Poco tiempo después, Cavanilles publicaría la disertación inicial, de una serie de diez, consagradas a las "Monadelfias", clase del sistema de Linneo que incluía las Malváceas y muchas Leguminosas.

En estas monografías, que terminó de editar en Madrid, a su regreso en 1789, utilizó, entre otras, plantas procedentes del Jardín Botánico de Madrid y de la Real Expedición a Perú y Chile (1777-1788).

La serie monográfica consagró a Cavanilles como botánico de prestigio internacional, pero también motivó una dura polémica con los españoles Casimiro Gómez Ortega e Hipólito Ruiz, el francés Charles Louis L´Heritier y el alemán Friedrich C. Medicus.

A su regreso a Madrid, Cavanilles fue encargado oficialmente de estudiar la flora española. Comenzando por el territorio valenciano; a partir de 1791, realizó viajes por la Península en los que recogió un abundante material que sirvió de primer fundamento a su principal obra: Icones et descriptiones plantarum (Madrid, 1791-1801); en sus seis volúmenes incluyó numerosas plantas peninsulares pero la mayor parte de su contenido está dedicado a especies americanas, filipinas y de diferentes zonas del Pacífico, que describió basándose en los herbarios, dibujos y en las plantas vivas del Jardín Botánico de Madrid, procedentes principalmente de la expedición botánica a Nueva España (1787-1803) y de la Expedición Malaspina (1789-1794). Esta obra constituye una de las más importantes aportaciones de la época a la botánica descriptiva, tanto por la altura y rigurosidad de su texto, como por la calidad de sus ilustraciones. La obra incluye el estudio de más de seiscientas especies, muchas de ellas nuevas.

Como resultado de sus viajes por el territorio valenciano, Cavanilles publicó, por otra parte, sus Observaciones sobre la Historia Natural, Geografía, Agricultura, población y frutos del Reyno de Valencia (1795-1797).

La accesibilidad de su contenido y el estar redactada en idioma vulgar han convertido esta obra en la más popular de su autor, en detrimento del resto de su producción. Merece, no obstante, su prestigio por las notables contribuciones que contiene sobre disciplinas tan diversas como la botánica y la agricultura, las ciencias de la tierra, la economía y la demografía e, incluso, la arqueología.

Miembro de la Real Academia de Medicina de Madrid, fundó y dirigió -junto a Cristiano Herrgen, Luis Proust y Domingo Fernández- los Anales de Historia Natural (1799-1804), revista que, a partir de su tercer volumen, cambió ese título por el de Anales de Ciencias Naturales; colaboró habitualmente en ella, publicando medio centenar de trabajos.