Figlio del pittore Taddeo, va considerato, come il padre, tra i maggiori interpreti della tradizione giottesca a Firenze. Il suo grande successo in vita, infatti, è ancorato alla ripresa del grande maestro e non a novità apportate nel campo della pittura. Solo recentemente, la sua figura è stata rivalutata, anche grazie ad impportanti restauri. Tra questi va ricordato il grande cantiere per la cappella maggiore della Basilica di Santa Croce a Firenze, dove Agnolo nel 1380 affrescò La leggenda della Vera Croce commissionatagli da Jacopo degli Alberti (restauro 2005-10) e nel 1385 le Storie dei santi Antonio, Giovanni Battista, Giovanni Evangelista e Nicola per la Cappella del Santissimo, patrocinata dalla famiglia Castellani.
Nel 1392 lavorò a Prato in Palazzo Datini e affrescò le Storie della Sacra Cintola nell’omonima cappella del Duomo. Agli Uffizi si conserva una sua Crocifissione realizzata poco prima della morte. Va ricordato che nella sua bottega si formarono importanti artisti come Lorenzo Monaco e Cennino Cennini, che nelle sue memorie ricorda di aver passato ben 12 anni con Gaddi.