Deixeble de Galileu, des del 1629 fou catedràtic d’astronomia a Bolonya. De la seva nombrosa obra es destaquen Geometria indivisibilium continuorum nova quadam ratione promota (1635) i Exercitationes geometricae sex (1647) on establí i perfeccionà la teoria dels indivisibles (l’indivisible de Cavalieri equival a l’actual diferencial) i exposà la seva gran descoberta, la connexió existent entre la diferenciació i la integració, així com la primera demostració rigorosa del teorema de Papus relatiu al volum d’un sòlid de revolució. Resolgué diversos problemes plantejats per Kepler i introduí els logaritmes a Itàlia.