Nasce a Orvieto il 12 aprile 1992 da Giuseppe Cantarini e Giovanna Martini, che in seguito divorzieranno. Nel 1997 ha il suo esordio cinematografico con il film premio oscar La vita è bella, nel quale è protagonista al fianco di Roberto Benigni. Grazie a questo ruolo vince lo Young Artist Award, risultando il più giovane attore a essere insignito di questo premio, nonché l'unico attore italiano a riceverlo, costituendo un vero e proprio record, considerando che solo gli attori bambini statunitensi lo vincono.

Nel 2000 ottiene il ruolo del figlio di Massimo Decimo Meridio nel kolossal Il gladiatore, film vincitore di cinque Premi Oscar. Nel 2005 partecipa come concorrente a Ballando con le stelline, ramo del reality show di Rai Uno Ballando con le stelle, condotto da Milly Carlucci. Dopo essersi diplomato al liceo classico di Viterbo viene ammesso al Centro Sperimentale di Cinematografia.

Nel 2014 partecipa al documentario Protagonisti per sempre di Mimmo Verdesca, film vincitore nel 2015 del Giffoni film festival come Miglior documentario. È qui che, per la prima volta, racconta le esperienze e le scelte che hanno caratterizzato la sua vita da attore bambino di grande successo.

Nel 2015 è protagonista di AUS - Adotta uno studente, la prima webserie prodotta dalla Rai.