Жил и работал в Риме. Заложил основы нового направления в живописи. Автор мозаик (церковь Санта-Мария-ин-Трастевере, 1291 г.) и фресок (церковь Санта-Чечилия-ин-Трастевере, ок.1293 г.). Стремился преодолеть плоскостность форм и композиционного построения, присущих итальянской живописи XIII в., придавая изображениям объёмную пластичность. Искусство Каваллини оказало влияние на Джотто и других молодых художников Италии.
Помогал учителю при украшении мозаикой так называемой Навичеллы в преддверии церкви святого Петра. Ему приписываются и мозаика, и орнамент на гробнице Эдуарда Исповедника в Вестминстерском аббатстве. За благочестивую жизнь его считали святым; по преданию, распятие его работы в базилике Сан-Паоло-фуори-ле-Мура, близ Рима в 1370 обратилось с речью к одной святой.
Известно, что на протяжении своего долгого творческого пути Каваллини работал в наиболее важных римских и неаполитанских церквах, где исполнял заказы высокопостанленных персон, таких, как Пьетро да Бартоло Стефанески, Шарль и Робер Анжуйские. Среди сохранившихся произведений художника самое раннее находится в Риме - это мозаика (на которой указано его имя) в апсиде ц. Санта-Мария ин Трастевере (1291), изображающая шесть эпизодов из жизни Марии и «Св. Петра, представляющего Марии донатора Стефанески». Вскоре Каваллини создает фрески в ц. Санта-Чечилия ин Трастевере. От этого ансамбля сохранилась только монументальная композиция «Страшный суд», обнаруженная в 1901 за скамьями хоров и являющаяся самьм значительным и самым совершенным произведением мастера. В Неаполе в 1308 он работает для герцогов Анжуйских. Участие его мастерской и особенно последующие записи не позволяют точно определить его роль в исполнении фресок в соборе («Древо Есеево», капелла Сан-Лоренцо) и фресок в ц. Санта-Мария Доннареджина («Страшный суд», «Апостолы» и «Пророки»). Большая часть его произведений римского периода, упоминаемых Гиберти и Вазари, не сохранилась (например, мозаика, исполненная около 1321 для фасада базилики Сан-Паоло в Риме).
Наряду с Джотто, Чимабуэ и Дуччо Каваллини занимает важное место в истории итальянской живописи конца дученто и начала треченто. Выросший на византийской традиции (что было естественно для художника его поколения), он не подчинился ее расхожей манерности, но, напротив, стремился воссоздать наиболее высокие и древние формы и пошел по пути великой римской средневековой живописи. Он обладал даром снимать плоды с могучего древа римского искусства, плоды самых смелых опытов того времени, прежде всего Чимабуэ (в Риме в 1272) и Джотто. Это соотношение между двумя великими мастерами позволяет отказаться от той точки зрения, согласно которой Каваллини рассматривался как «римский учитель Джотто». Но, в любом случае, сравнение их произведений показывает истинное величие Каваллини. Объемность и плотность форм во фресках в ц. Санта-Чечилия, в сравнении с мозаикой в ц. Санта-Мария ин Трастевере, представляет собой шаг вперед, который нельзя объяснить без влияния Джотто. У Каваллини цвет придает каждой форме независимость: резкая и глубокая тень создает рельефность и придает им торжественность и невозмутимость. Реализм в изображении лиц может выражать как религиозный пыл, так и человеческое счастье. Эти элементы искусства Каваллини наделяют его творчество высочайшей поэтичностью и выразительной силой. Ему многим обязана римская, неаполитанская и умбрийская живопись XIV в.