Kazimierz urodził się 3 października 1458 r. w Krakowie na Wawelu. Był drugim z kolei spośród sześciu synów Kazimierza Jagiellończyka. Jego matką była Elżbieta, córka cesarza Niemiec, Albrechta II. Pod jej opieką Kazimierz pozostawał do dziewiątego roku życia. W 1467 r. król powołał na pierwszego wychowawcę i nauczyciela swoich synów księdza Jana Długosza, kanonika krakowskiego, który aż do XIX w. był najwybitniejszym historykiem Polski. "Był młodzieńcem szlachetnym, rzadkich zdolności i godnego pamięci rozumu" - zapisał Długosz o Kazimierzu. W 1475 r. do grona nauczycieli synów królewskich dołączył znany humanista, Kallimach (Filip Buonacorsi). Król bowiem chciał, by jego synowie otrzymali wszechstronne wykształcenie. Ochmistrz królewski zaprawiał ich również w sztuce wojennej.
W 1471 r. brat Kazimierza, Władysław, został koronowany na króla czeskiego. W tym samym czasie na Węgrzech wybuchł bunt przeciwko królowi. Na tron zaproszono Kazimierza. Jego ojciec chętnie przystał na tę propozycję. Kazimierz wyruszył razem z 12 tysiącami wojska, by poprzeć zbuntowanych magnatów. Ci jednak ostatecznie wycofali swe poparcie i Kazimierz wrócił do Polski bez korony węgierskiej. Ten zawód dał mu wiele do myślenia.
Po powrocie do kraju królewicz nie przestał interesować się sprawami publicznymi, wręcz przeciwnie, został prawą ręką ojca, który upatrywał w nim swego następcę i wciągał go powoli do współrządzenia. Podczas dwuletniego pobytu ojca na Litwie Kazimierz jako namiestnik rządził w Koronie. Obowiązki państwowe umiał pogodzić z bogatym życiem duchowym. Wezwany przez ojca w 1483 r. do Wilna, umarł w drodze z powodu trapiącej go gruźlicy. Na wieść o pogorszeniu się zdrowia Kazimierza, król przybył do Grodna. Właśnie tam, "opowiedziawszy dzień śmierci swej tym, którzy mu w niemocy służyli [...], ducha Panu Bogu poleciwszy wypuścił 4 dnia marca R.P. 1484, lat mając 26" - napisał ks. Piotr Skarga. Pochowano go w katedrze wileńskiej, w kaplicy Najświętszej Maryi Panny, która od tej pory stała się miejscem pielgrzymek. W 1518 król Zygmunt I Stary, rodzony brat Kazimierza, wysłał przez prymasa do Rzymu prośbę o kanonizację królewicza. Leon X na początku 1520 r. wysłał w tej sprawie do Polski swojego legata. Ten, ujęty kultem, jaki tu zastał, sam ułożył ku czci Kazimierza łaciński hymn i napisał jego żywot. Na podstawie zeznań legata Leon X w 1521 r. wydał bullę kanonizacyjną i wręczył ją przebywającemu wówczas w Rzymie biskupowi płockiemu, Erazmowi Ciołkowi. Ten jednak zmarł jeszcze we Włoszech i wszystkie jego dokumenty w 1522 r. zaginęły. Król Zygmunt III wznowił więc starania, uwieńczone nową bullą wydaną przez Klemensa VIII 7 listopada 1602 r. w oparciu o poprzedni dokument Leona X, którego kopia zachowała się w watykańskim archiwum.
 Kiedy w 1602 r. z okazji kanonizacji otwarto grób Kazimierza, jego ciało znaleziono nienaruszone mimo bardzo dużej wilgotności grobowca. Przy głowie Kazimierza zachował się tekst hymnu ku czci Maryi Omni die dic Mariæ (Dnia każdego sław Maryję), którego autorstwo przypisuje się św. Bernardowi (+ 1153). Wydaje się prawdopodobne, że Kazimierz złożył ślub dozgonnej czystości. Miał też odrzucić proponowane mu zaszczytne małżeństwo z córką cesarza niemieckiego, Fryderyka III.