Происходил из знатной и богатой фамилии Ч. Гвальтьерн, родился, по свидетельству Вазари, в 1240 г., работал во Флоренции и в соседних с ней местах, в Ассизи и Пизе. Умер, вероятно, в 1302 году. Его настоящее имя Ченни ди Пепо; прозвище Чимабуэ означает «Быкоголовый».
Данте мельком упоминает художника в Чистилище (XI, 94–96: «Кисть Чимабуэ славилась одна, а ныне Джотто чествуют без лести, И живопись того затемнена»). Джорджо Вазари рассказывает о том, как Мадонна Ручеллаи была пронесена по улицам Флоренции под приветственные крики толпы; как Чимабуэ встретил Джотто, рисующего на камне овцу, и взял его к себе в ученики; как Чимабуэ безжалостно уничтожал свои произведения, если они ему не нравились. Тем не менее Мадонна Ручеллаи сейчас уже не приписывается Чимабуэ, так что достоверность этого эпизода вызывает сомнения.
Те или иные живописные произведения приписываются Чимабуэ на основании стилистического сопоставления с мозаикой, изображающей св. Иоанна Крестителя из апсиды собора в Пизе (единственной работы, принадлежность которой Чимабуэ засвидетельствована документально), и образом св. Иоанна из фрески Распятие в Верхней церкви в Ассизи, которая считается одним из прекраснейших его творений.
Стилистическое сходство с Распятием обнаруживают несколько образов, отличающихся большой внутренней силой и экспрессией. В Верхней церкви в Ассизи стиль Чимабуэ заметен в большинстве потемневших фресок хора и трансепта. Среди этих фресок: сцены Апокалипсиса, Успение и Прославление Богоматери, чудеса и мученичество апостолов Петра и Павла и второе большое Распятие, сейчас почти полностью утраченное. В правом крыле трансепта Нижней церкви находится грубо прописанная фреска с изображением Мадонны на троне и Св. Франциска.
Самой известной работой Чимабуэ, исполненной в технике темперной живописи, является большая Мадонна на троне (написанная для церкви св. Троицы во Флоренции, сейчас – в галерее Уффици.) Два деревянных Распятия, приписываемых Чимабуэ, находятся в церкви Сан Доменико в Ареццо и в музее Санта Кроче во Флоренции. Возможно, еще одна его работа – полиптих из Вашингтонской Национальной галереи, но это мнение не является общепринятым.
Итальянскую живопись до Чимабуэ назвали византийской, подчёркивая не столько отсутствие у итальянских живописцев своеобразия, сколько бесконечное повторение одних и тех же приёмов и отсутствие новизны. Живопись в Италии повторяла одни и те же давно установившиеся типы изображений, соблюдала одни и те же условности в рисунке, колорите и технических приемах, пренебрегая наблюдением природы и не давая художникам возможности выcказывать их индивидуальное чувство. Под природой тогда понимали не фауну и флору, а природу вещей, то, что заложено в виде возможностей в каждом явлении. Это понимание природы отвечало духу времени, требовавшим новизны, исследований и движения вперёд.
В первых своих иконах Богоматери Чимабуэ является ещё вполне традиционным мастером; но вскоре в его произведениях старинные, традиционные композиции и фигуры стали более оживлёнными, привлекательными и величественными, а краски более свежими, изящными и натуральными. Этого было достаточно для возбуждения в современниках художника восторженного отношения к его работам. Тем не менее Чимабуэ также называют последним крупным живописцем, работавшим в византийском стиле. Это противоречие связано с устойчивыми следами традиции в работах школы Чимабуэ, наряду с одновременными чертами новизны.