Llicenciat en matemàtiques per la Universitat de Barcelona (1989). Doctor en Matemàtiques per l’Institut Courant de Ciències Matemàtiques de la Universitat de Nova York (1994), sota la direcció del professor Louis Nirenberg. Membre de l’Institut for Advanced Study de Princeton, 1994-1995. Va obtenir l’habilitació per a dirigir recerques a la Universitat Pierre i Marie Curie (París VI) el 1998. Va ser Harrington Faculty Fellow i Tenure Associate Professor a la Universitat de Texas a Austin (2001-2003). És professor d’investigació ICREA (des del 2003) i catedràtic (des del 2008) a la Universitat Politècnica de Catalunya.
El seu camp de recerca és l’anàlisi matemàtica de les equacions en derivades parcials, amb èmfasi en els problemes de reacció-difusió i desigualtats de tipus isoperimètric. La seva prova de la desigualtat isoperimètrica clàssica es va publicar per primera vegada l’any 2000 en català al Butlletí de la Societat Catalana de Matemàtiques i s’ha inclòs en alguns llibres de text per la seva simplicitat. Té tres highly cited articles en el Web of Science. És coautor, juntament amb Luis Caffarelli, d’un llibre clàssic i best-seller de la Societat Americana de Matemàtiques, Fully nonlinear elliptic equations, amb 1.083 citacions a MathSciNet l’any 2025.
Ha dirigit onze tesis doctorals, incloent-hi les dels estudiants Xavier Ros-Oton (guardonat amb el Premi Nacional de Recerca per a Joves 2023 i la Medalla d’Or Stampacchia 2021) i Joaquim Serra (guardonat amb el Premi de la Societat Europea de Matemàtiques 2020 i actualment professor permanent tenure del prestigiós ETH de Zúric).
Xavier Cabré és fellow de la Societat Americana de Matemàtiques des del 2013, per les seves contribucions destacades en la creació, l’exposició, l’avanç, la comunicació i les aplicacions de les Matemàtiques.
Va ser conferenciant plenari en el 8è European Congress of Mathematics, el 2021.
Ha rebut la primera edició del Frontiers of Science Award, atorgat pel Govern xinès a l’International Congress of Basic Science, celebrat a Pequín el juliol del 2023. Va ser membre del comitè editorial de la revista Journal of the European Mathematical Society (2014-2017) i ho és de la revista catalana Publicacions Matemàtiques.