Diplômé des Universités de Parme, Florence et Pérouse, Marco Cavalieri enseigne depuis 2003 l'archéologie romaine et italique à l’UCLouvain. Ses travaux portent principalement sur l’urbanisme gréco-romain, l’idéologie du pouvoir dans le monde romain, l’étruscologie et l’application des technologies numériques à la recherche archéologique.
Ses activités de recherche l’ont conduit à diriger et à participer à de nombreuses fouilles archéologiques en Italie – notamment en Frioul-Vénétie Julienne, en Émilie-Romagne, en Toscane, dans le Latium, en Sicile et en Sardaigne – ainsi
qu’en Albanie. Il assure actuellement la coordination du projet « OSTIUM », consacré aux transformations urbaines d’Ostie antique, ainsi que les fouilles de la villa romaine tardo-antique d’Aiano, à San Gimignano (Sienne). Entre 2013 et 2015, il a dirigé la mission archéologique de Cures Sabini, ancienne capitale des Sabins.
Il a créé et dirige la collection « Fervet Opus » aux Presses universitaires de Louvain.