Allievo del padre Giovanni, partecipa con questi alla decorazione del Palazzo Doria dell’Acquasola di Genova. Si reca a Roma con Giovan Battista Castello, detto il Bergamasco, e qui subisce l’influenza delle opere di Perin del Vaga. Tornato a Genova, collabora in un ruolo che sembra di subordinazione alle commissioni ottenute dall’amico. Quando questi è chiamato in Spagna a lavorare all’Escorial, Cambiaso porta a termine da solo commissioni di grande prestigio, come la Cappella Lercari a San Lorenzo. Si dedica quindi alla produzione di pale d’altare e realizza alcuni dei notturni più famosi della storia dell’arte italiana, come il Cristo davanti a Caifa (Accademia linguistica), che anticipa di quasi mezzo secolo Caravaggio, e la Madonna della candela (Palazzo Bianco).  Nel 1583 Cambiaso è chiamato da Filippo II all’Escorial dove è nominato pittore di corte ed esegue con la bottega le sue ultime grandiose imprese a fresco.