Nacque a Palermo il 13 luglio 1826, da Mariano e da Anna Di Benedetto, ultimo di dieci figli. Il padre, magistrato, era allora direttore generale della polizia di Sicilia e l'anno seguente divenne presidente della Gran Corte dei Conti di Sicilia. La famiglia era di stretta osservanza borbonica; la sorella Angelina, divenuta Marchesa di Ruffo, fu dama di corte della regina. C. manifestò ben presto idee antiborboniche e liberali.
Nel 1836 frequentò il collegio-convitto "Carolino Calasanzio" dove studiò materie classiche e matematica. A 15 anni si iscrisse alla Facoltà di medicina, dove rimase fino al 1845 sostenendo alcuni esami ma senza conseguire mai la laurea. Per tre anni frequentò il corso del fisiologo M. Foderà, del quale divenne allievo prediletto e sotto la cui direzione eseguì alcuni esperimenti biologici. Presto C. si interessò alla chimica, seguì il corso di E. Casoria ed eseguì in casa propria alcune manipolazioni chimiche.
Partecipò a Napoli alla VII adunanza degli scienziati italiani dove C. fece la conoscenza del fisico M. Melloni che lo indirizzò a R. Piria, considerato il più grande chimico del momento, con il quale studierà a Pisa dal 1846 al luglio del 1847, quando trovandosi in vacanza a Palermo, vi si trattenne per preparare la rivolta contro i Borboni.
Alla rivoluzione scoppiata nel gennaio del 1848 C. partecipò come ufficiale di artiglieria e nel marzo dello stesso anno fu eletto deputato di Francavilla al nuovo Parlamento siciliano.
Dopo il fallimento della rivolta C. fu incluso nelle liste di proscrizione e quindi costretto all'esilio in Francia, dove strinse amicizia con i chimici Auguste Cahours e Henri-Victor Regnault.
Nel 1851 C. venne chiamato dal Governo piemontese alla cattedra di chimica del Collegio nazionale di Alessandria per passare nel 1855 alla cattedra di chimica dell'Università di Genova. Qui riuscì ad attrezzare in un anno un modesto laboratorio, dove proseguì i lavori sugli alcoli aromatici e scrisse anche il famoso Sunto di un corso di filosofia chimica, in cui enunciò la sua celebre legge degli atomi (1865). Le pagine del Sunto furono da lui dettate alla moglie Henrichetta Withers, figlia di un pastore inglese, sposata nel 1857 e dalla quale ebbe due figli.
Nell'estate del 1860 rientrò nella sua Palermo per rivedere la madre e le sorelle, successivamente, nell'ottobre 1861, ottenne la cattedra di Chimica inorganica e organica all'Università.
A Palermo, di cui fece il centro degli studi chimici in Italia, C. ebbe la collaborazione di chimici italiani e stranieri, fra i quali E. Paternò, G. Koerner, A. Lieben e U. Schiff. Fu per molti anni rettore dell'Università. Coprì anche molti ruoli pubblici: consigliere comunale ed assessore della Giunta municipale e durante l'epidemia del 1867 fu Commissario per la salute pubblica. Istituì inoltre una scuola tecnica serale per gli operai. Nel 1870 decise, insieme con L. Gabba, F. Selmi, P. Tassinari, D. Amato,. E. Paternò e U. Schiff di fondare un periodico esclusivamente dedicato alla chimica la Gazzetta chimica italiana. Della rivista che apparve a Palermo nel 1871 gli fu affidata la direzione, mentre Paternò ne fu il redattore capo.
Nel frattempo Roma era stata unita all'Italia e per la cattedra di chimica sembrò naturale chiamare C. alla sua direzione. Contemporaneamente il 15 novembre 1871 C. ebbe la nomina a senatore. Per la terza volta C. organizzò un laboratorio di chimica. Il nuovo istituto sorse nell'orto del vecchio convento di S. Lorenzo in Panisperna e qui C. insegnò per quaranta anni. Pur continuando a coltivare i suoi studi di chimica generale, si dedicò essenzialmente alla chimica organica. Con l'insegnamento e la ricerca dette il via alla scuola chimica romana, dalla quale uscirono: G. Bargellini, G. Carnellutti, G. Ciamician, L. Francescani, P. Gucci, A. Miolati, R. Nasini, V. Villavecchia e molti altri.
Fu membro di numerose accademie associazioni: nel 1865 C. era diventato socio dei Quaranta, nel 1873 diventò socio nazionale dei Lincei. La London Chemical Society lo collocò acconto a Galilei, Torricelli, Volta e Galvani.
Morì a Roma il 10 maggio 1910.
Nel centenario della nascita i suoi resti furono deposti accanto a quelli della moglie nel chiostro della chiesa di San Domenico a Palermo, dove si trovano le spoglie di vari siciliani illustri.

Se si considerano la consistenza quantitativa del carteggio cannizzariano e l'arco cronologico che esso copre, quali emergono dalla ricostruzione che ne viene fornita in questo inventario, si deve concludere che la formazione dell'archivio è legata non ad un disordinato accumularsi della documentazione, ma ad una precisa e concreta volontà dell'interessato; e se si pensa ai numerosi trasferimenti affrontati da Cannizzaro tra il 1848 ed il 1872, e cioè tra la partecipazione al moto risorgimentale siciliano all'età di 22 anni ed il definitivo stabilirsi a Roma con la famiglia, ed alle condizioni quanto meno precarie in cui molti dei suoi spostamenti si verificarono, ci si rende conto della costante attenzione con cui Cannizzaro, fin dall'inizio dell' attività politica, curò la conservazione delle sue carte. Al momento della morte queste si trovavano presso la famiglia, ove rimasero fino a circa quindici anni dopo "senza subire grosse dispersioni". Tratto dall'introduzione di G. Paoloni e M. Tosti Croce a Le carte di Stanislao Cannizzaro, Roma 1989.

Per la descrizione delle Carte Cannizzaro presso la Società chimica italiana, per quelle conservate presso il Museo Centrale del Risorgimento di Roma e per le Carte Cannizzaro conservate presso l'Accademia dei XL si rimanda al campo Storia archivistica della sezione corrispondente.

Il fondo conservato dalla Società chimica italiana è organizzato in due serie:
1. Organizzazione del centenario cannizzariano (1924-1928)
2. Documenti per il volume del centenario (1840-1928)

Il fondo conservato dal Museo centrale del Risorgimento di Roma è organizzato in unica serie (1846-1910).

Il fondo conservato dall'Accademia è organizzato in tre serie:
1. Corrispondenza personale (1849-1910)
2. Carte relative all'attività politica e professionale (1849-1910)
3. Carte di Enrichetta Whiters Cannizzaro (1876-1882)

Accademia nazionale delle scienze detta dei XL, Archivio istituzionale;
Accademia nazionale delle scienze detta dei XL, Archivio Emanuele Paternò:
Archivio centrale dello Stato, Ministero della pubblica istruzione, serie Personale;
Presidenza del consiglio dei ministri, Gabinetto, anno 1926;
Museo centrale del Risorgimento, Carte Francesco Crispi;
Museo centrale del Risorgimento, Carte Domenico Farini;
Museo centrale del Risorgimento, Carte Giuseppe Massari;
Museo centrale del Risorgimento, Carte Costantino Perassi;
Istituto chimico dell'Università di Roma "La Sapienza".