Casalsin isä oli paikallisen kirkon urkuri. Hän antoi Casalsille ensimmäiset musiikkitunnit ja opetti hänelle pianoa, viulua ja urkuja. Kun Casals oli yksitoistavuotias, hän kuuli kiertävien muusikoiden soittavan musiikkia. Yksi soittimista oli sello. Hän ei ollut koskaan kuullut sellaista ja päätti, että hän halusi soittaa sitä. Hänen äitinsä vei hänet Barcelonaan, jossa hän kävi musiikkikoulua: Escola Municipal de Música. Siellä hän opiskeli selloa, musiikin teoriaa ja pianonsoittoa.
Eräänä päivänä, kun hän oli 13-vuotias, hän katseli vanhaa musiikkia käytettyjen kappaleiden kaupassa. Hän löysi hyvin vanhaa musiikkia soolosellolle. Ne olivat Bachin sellosviittejä. Tuohon aikaan ihmiset luulivat, että ne olivat vain kokoelma opintoja, jotka auttoivat sellistiä tekniikassaan, mutta Casals, joka oli vasta poika, tajusi, että kyseessä oli hienoa musiikkia. Hän vietti seuraavat 12 vuotta harjoitellen niitä, kunnes tunsi olevansa valmis esittämään ne. Casalsin löytö näistä ihanista sellosviiteistä oli tärkein Bach-löytö sitten vuoden 1829, jolloin Mendelssohn löysi ja esitti Matteus-passion, jonka maailma oli unohtanut.
Casals osoitti valtavaa lahjakkuutta sellon soittamiseen. Helmikuun 23. päivänä 1891, jolloin hän oli 14-vuotias, hän antoi soolokonsertin Barcelonassa. Hän valmistui Escolasta kiitettävästi kaksi vuotta myöhemmin.
Vuonna 1893 espanjalainen säveltäjä Isaac Albéniz kuuli hänen soittavan triossa kahvilassa. Hän antoi hänelle kirjeen, jonka avulla hänet esiteltiin kuningattarelle. Tämä antoi hänelle rahaa, jotta hän voisi opiskella Madridin konservatoriossa. Sitten hän antoi hänen mennä Brysseliin opiskelemaan Euroopan parhaimpaan jousisoittimien konservatorioon. Sellonopettaja mainitsi pitkän luettelon sellokappaleita ja kysyi, mitä hän soitti. Kun Casals kertoi osaavansa soittaa ne kaikki, opettaja pilkkasi häntä. Kun Casals alkoi soittaa, kaikki hämmästyivät hänen lahjakkuudestaan. Opettaja halusi hänet oppilaakseen, mutta Casals oli loukkaantunut ja lähti seuraavana päivänä Pariisiin. Espanjan kuningatar suuttui Casalsille kuultuaan tapahtuneesta ja lakkasi lähettämästä hänelle rahaa .
Pariisissa hänellä oli hyvin vähän rahaa. Hän ansaitsi elantonsa soittamalla toisena sellona Folies Marigny -teatterin orkesterissa. Hänen äitinsä yritti ansaita rahaa ompelemalla. Vuonna 1896 hän palasi Kataloniaan, jossa hän opetti musiikkikoulussa ja soitti johtavana sellisti Barcelonan oopperatalon Liceun orkesterissa. Vuonna 1897 hän esiintyi Madridin sinfoniaorkesterin solistina, ja kuningatar myönsi hänelle Kaarle III:n kunniamerkin.
Kansainvälinen maine
Vuonna 1899 Casals soitti Saint-Saënsin sellokonserton Crystal Palacessa Lontoossa ja myöhemmin kuningatar Victorialle tämän kesäkodissa Cowesissa, Isle of Wightilla. Hänestä oli tulossa hyvin kuuluisa. Pariisissa hän teki suuren vaikutuksen kaikkiin, erityisesti kapellimestari Charles Lamoureux'hen, joka oli perustanut kuuluisan orkesterin. Casals matkusti Alankomaihin, Yhdysvaltoihin, jossa hän antoi 80 konserttia, ja Etelä-Amerikkaan. Hän soitti usein pianisti Harold Bauerin kanssa.
15. tammikuuta 1904 Casals kutsuttiin soittamaan Valkoiseen taloon presidentti Theodore Rooseveltille. Hän soitti New Yorkin CarnegieHallissa Richard Straussin Don Quijotea säveltäjän johdolla. Vuosina 1906-1912 hänellä oli suhde portugalilaiseen sellisti Guilhermina Suggiaan, mutta he eivät koskaan menneet naimisiin. Vuonna 1914 Casals meni naimisiin amerikkalaisen laulajan Susan Metcalfen kanssa. He erosivat vuonna 1928, mutta erosivat vasta vuonna 1957.
Casals muodosti trion pianisti Alfred Cortot'n ja viulisti Jacques Thibaudin kanssa. He antoivat monia konsertteja ja tekivät ensimmäisiä pianotriomusiikin äänitteitä. He soittivat yhdessä 30 vuotta.
Vuonna 1905 hän kiersi Venäjällä. Se oli epäsuotuisaa aikaa, koska Venäjän vallankumous oli käynnissä. Moskovassa pidetyn konsertin aikana salin ulkopuolella kuului ammuskelua.
Ensimmäisen maailmansodan aikana Casals asui New Yorkissa. Vuonna 1919 hän palasi Barcelonaan. Hän halusi parantaa oman maansa musiikkia. Siellä oli hyvin vähän ihmisiä, jotka osasivat soittaa hyvin, joten hän perusti oman orkesterin: Orquesta Pau Casalsin. Tämä vuosittainen musiikkijuhla jatkui Espanjan sisällissodan alkamiseen vuonna 1936 asti.
Casals tuki Espanjan tasavaltalaishallitusta. Kun se kukistettiin, hän sanoi, ettei palaisi ennen kuin Espanja olisi jälleen demokraattinen maa. Sen jälkeen hän jätti maansa ja lähti maanpakoon. Hän muutti asumaan ranskalaiseen Pradesin kylään, joka sijaitsi lähellä Espanjan rajaa. Hän jatkoi uraansa sellistiurallaan. Toisen maailmansodan jälkeen, kesäkuussa 1946, hän matkusti Englantiin ja soitti Schumannin ja Elgarin sellokonsertot Royal Albert Hallissa Sir Adrian Boultin johdolla. Salin ulkopuolella poliisin oli autettava hänet autoonsa, koska hänen ympärillään oli niin paljon ihmisiä.
Casals soitti monissa maissa, mutta kieltäytyi soittamasta missään maassa, joka oli ystävällinen Francon hallituksen kanssa Espanjassa. Vuonna 1945 hän piti lähetyksen BBC:ssä ja puhui kansalleen Kataloniassa . Hän soitti lopuksi katalonialaisen kansanlaulun El Cant dels Ocells (Lintujen laulu). Hän soitti sen kaikkien konserttiensa päätteeksi. Kun Britannia tunnusti Francon hallituksen, Casals päätti, ettei hän voisi enää soittaa Englannissa. Hän teki yhden suuren poikkeuksen päätöksestään olla vierailematta Franco-myönteisissä maissa: vuonna 1961 hän osallistui 13. marraskuuta 1961 Valkoisessa talossa järjestettyyn kamarimusiikkikonserttiin, jossa hän soitti ihailemalleen presidentti John F. Kennedylle.
Myöhemmät vuodet
Pradesin festivaalit
Vuonna 1950 hän jatkoi uraansa kapellimestarina ja sellisti Pradesin festivaalilla Conflentissa. Hän suostui soittamaan sillä ehdolla, että festivaalilla saadut rahat annettaisiin läheiselle pakolaissairaalalle. Francon mukaan espanjalaisia kiellettiin menemästä festivaaleille, mutta monet onnistuivat ylittämään rajan jalan. Monet maailmankuulut muusikot soittivat Pradesissa: Josef Szigeti, Isaac Stern, Rudolf Serkin ja Eugene Istomin sekä muita.
Hän jatkoi Prades-festivaalien johtamista vuoteen 1966 asti.
Puerto Rico
80-vuotiaana Casals meni naimisiin yhden nuorista oppilaistaan, tytön nimeltä Marta. He olivat tavanneet Pradesissa. Marta oli kotoisin Puerto Ricosta, josta Casalsin äiti oli kotoisin. He muuttivat Puerto Ricoon El Pesebre -nimiseen taloon. Vuonna 1957 siellä San Juanin kaupungissa aloitettiin musiikkifestivaali. Hän jatkoi Pradesin festivaalilla käymistä joka vuosi vuoteen 1966 asti. Hän piti myös mestarikursseja amerikkalaisissa kouluissa ja yliopistoissa sekä muissa maissa. Osa niistä televisioitiin.