Enfant d'une famille d'origine grecque, Cassavetes étudie l'art dramatique à l'Université de Columbia et commence sa carrière sur scène, avant de se tourner vers le cinéma en jouant dans des films comme *Les Racines du mal* (1955) d'Otto Preminger ou encore *Un tramway nommé Désir* (1951), adaptation par Elia Kazan du célèbre drame de Tennessee Williams.
En 1958, il réalise son premier long métrage, *Baby Girl Deirerstein*, avant d'adopter le pseudonyme John Cassavetes. Son second film est la comédie dramatique *Shadows* (1959), un road-movie précurseur sur les thèmes de l'amour interracial et des relations familiales complexes, qui marque sa première grande réussite critique.
Dans les années 1960, il poursuit son œuvre en réalisant plusieurs films dont *Too Late Blues* (1961), *Une femme dangereuse* (1962) et surtout *Faces* (1968), qui lui permet de gagner le Lion d'or au Festival international du film de Venise. Il est également acteur dans plusieurs productions, notamment dans *Le Maître du Haut Château* (1962) ou encore *Deux sur la route* (1974).
Dans les années 1970, il poursuit sa carrière avec des films tels que *Minnie et Moskowitz* (1971), *A Woman Under the Influence* (1974), *The Killing of a Chinese Bookie* (1976) et *Opening Night* (1977). Son dernier long métrage est *Love Streams* (1984), un film qui marque sa collaboration avec Gena Rowlands, sa femme et partenaire régulière sur l'écran.
John Cassavetes meurt le 3 février 1989 à Los Angeles d'une crise cardiaque à l'âge de 62 ans. Son influence sur le cinéma indépendant reste importante et incontestable, notamment en ce qui concerne la liberté artistique, la spontanéité et les rapports humains complexes.