Henry Cavill grandit à Jersey, avec ses quatre frères, où il reçoit une éducation traditionnelle avant de découvrir le théâtre à la Stowe School de Buckingham ; il alterne dès lors entre pièces classiques ("Le Songe d'une nuit d'été") et comédies musicales ("Grease"), et s'essaie même à la mise en scène. Sa carrière professionnelle commence réellement en 2001 avec Laguna, drame canadien dans lequel il incarne un jeune orphelin recueilli par un ancien mafieux. À 18 ans à peine, ce premier rôle permet à Henry Cavill de côtoyer des acteurs performants et d'acquérir une crédibilité artistique.

Une première reconnaissance publique advient grâce à son rôle secondaire mais marquant d'Albert Mondego dans La Vengeance de Monte Cristo (2002). Le film, adapté de l’œuvre d'Alexandre Dumas Père et réalisé par Kevin Reynolds, remporte un succès satisfaisant aux Etats-Unis. Il enchaîne ensuite des projets de cinéma très variés en participant à Rose et Cassandra l'année suivante, Tristan & Yseult avec James Franco en 2006, ou encore Stardust, le mystère de l'étoile de Matthew Vaughn un an après.

A la télévision, Showtime lui confie un rôle régulier dans la série Les Tudors ; la carrière de l'acteur anglais, qui endosse le rôle de Charles Brandon, duc de Suffolk, semble alors prendre une nouvelle tournure. Il enchaîne pourtant les mauvais castings et passe à côté de Batman Begins, Superman Returns et James Bond dans Casino Royale, lui valant le surnom d'"homme le plus malchanceux de Hollywood" par le magazine britannique Empire. Il se console toutefois grâce à la comédie Whatever Works de Woody Allen, aux côtés d'Evan Rachel Wood et Larry David.

De plus en plus pris par le succès des Tudors, l'acteur délaisse le cinéma pendant deux ans, avant que le réalisateur Tarsem Singh ne lui propose de partager avec Mickey Rourke l'affiche des Immortels (2011). Il enchaîne ensuite avec le tournage du thriller Sans Issue, qu'il porte aux côtés de Bruce Willis. En 2013, Henry Cavill prend finalement sa revanche sur Superman et incarne le mythique super-héros dans le reboot de Zack Snyder, Man of Steel.

Privilégiant les films d'action, le comédien est à l'affiche d'Agents très spéciaux : Code UNCLE de Guy Ritchie. Il endosse ensuite à nouveau le costume de Superman dans Batman v Superman : L'Aube de la Justice et Justice League qui, même s'ils génèrent respectivement 868 et 655 millions de dollars dans le monde, sont très mal accueillis par la critique. En 2018, il campe l'adversaire très coriace de Tom Cruise dans Mission impossible : Fallout, le sixième volet de la lucrative saga.

Après Superman, l'acteur incarne en 2019 un autre personnage emblématique de la pop culture, celui de Geralt de Riv dans la série Netflix The Witcher. Le programme est tiré de la saga littéraire polonaise Le Sorceleur, devenue mondialement célèbre grâce à son adaptation vidéoludique. Malgré la popularité de la série et à la surprise générale, l'acteur claque la porte après trois saisons, et est remplacé par Liam Hemsworth. Un départ qui suscite la colère des fans, qui sont bientôt rejoints par ceux de Superman. En effet, quelques semaines seulement après cette annonce, DC Studios présente en décembre 2022 un nouveau plan mené par James Gunn et Peter Safran. Le duo souhaite donner une autre direction aux aventures de l'Homme d'acier, sans Henry Cavill, auquel David Corenswet succède.

Henry Cavill, qu'on a vu entre temps dans Enola Holmes et sa suite sur Netflix, revient au cinéma en 2024 dans Argylle, film d'espionnage frénétique de Matthew Vaughn. Libéré des deux franchises phares de sa filmographie, le comédien est annoncé au générique d'une nouvelle licence, Warhammer 40K, et du reboot d'Highlander.