Кайботт родился в доме на парижской улице Фобур-Сен-Дени и жил там до 1866 г., пока его отец не построил дом на улице Миромениль в Париже. Семья Гюстава проводила летом много времени в Йере — городе на одноименной реке примерно в 15 км к югу от Парижа после того, как в 1860 г. Марсьяль Кайботт купил там поместье. Примерно в это время Гюстав стал заниматься живописью. Многие картины Кайботта изображают членов его семьи и повседневную жизнь. На полотне «Молодый человек у окна» (1875 г.) запечатлен Рене в доме на улице де Миромениль, а на «Апельсиновых деревьях» (1878 г.) изображён Марсьяль с двоюродной сестрой Зое в их саду в Йерре; на «Портретах в сельской местности» (1875 г.) изображены мать Кайботта, его тётя, кузина и друг семьи.

Кайботт завершил юридическое образование в 1868 г. и получил лицензию на практическую деятельность в 1870 г. Вскоре после этого он принял участие во франко-прусской войне. После войны Кайботт посещал студию художника Леона Бонната, где серьезно изучал живопись. В 1873 г. Кайботт поступил в школу изящных искусств, но, по-видимому, учился в ней недостаточно серьезно. В это же время, Кайботт встретился и познакомился с несколькими художниками, работавшими вне рамок официальных французских академий, в том числе с Эдгаром Дега и Джузеппе де Ниттиса, и посетил первую выставку импрессионистов в 1874 г. (но не участвовал в ней).
Гюстав Кайботт. Дождливый день в Батиньольском квартале 1877. Институт искусств, Чикаго

После смерти отца в 1874 г. и матери в 1878 г. Гюстав получил солидное состояние, что позволило ему заниматься живописью, не заботясь о продаже своих работ. У него также появилась возможность участвовать в финансировании выставок импрессионистов и поддерживать его коллег и друзей-художников (в том числе Клода Моне, Огюста Ренуара, Камиля Писарро и др.), покупая их работы, а также — по крайней мере, в случае Моне — оплачивая аренду студии. Кроме того, Кайботт использовал свое состояние для финансирования различных хобби, которыми он занимался с большим воодушевлением, в том числе коллекционированием марок (его коллекция теперь находится в Британском музее), разведением орхидей, строительством яхт, и даже дизайном текстиля (женщины на его картинах «Мадам Буассьер с вязаньем» (1877 г.) и «Портрет мадам Кайботт»(1877 г.) вероятно, работали по образцам, созданным Кайботтом).

Кайботт писал в стиле реализма. Как и его предшественники Жан-Франсуа Милле и Гюстав Курбе, а также его современник Дега, Кайботт хотел изображать реальность такой, как она есть и как он её видит, надеясь таким образом уменьшить присущую живописи драматичность. Он также разделял приверженность импрессионистов в передаче реальности. Кайботт писал много семейных сцен, интерьеров, и пейзажей в Йерре, но наиболее известными его картинами стали полотна, посвящённые Парижу, как, например, «Паркетчики» (1875 г.), «Мост Европы» (1876 г.) и «Дождливый день в Батиньольском квартале» (1877 г.). Эти полотна вызывали споры из-за их незамысловатого, зачастую очень простого сюжета и преувеличенно углублённой перспективы. Наклонённая поверхность, общая для этих картин, является характерной чертой творчества Кайботта, возникшая под влиянием японской графики и новой технологии фотографии.

Приемы усечения и увеличения, встречающиеся в работах Кайботта, возможно являются следствием его интереса к фотографии. Во многих работах Кайботт использует очень высокий угол зрения, как, например, изображение балконов на «Vue des toits, effet de neige» (1878 г.) и «Boulevard vu d’en haut» (1880 г.). В живописной карьере Кайботта наступил резкий спад в 1890-х гг., когда он перестал писать большеформатные полотна и выставлять свои работы. В 1881 г. он приобрёл в собственность поместье в Пети-Женвилье на берегах Сены близ Аржантея и переехал туда жить в 1888 г. Он посвятил себя садоводству и строительству гоночных яхт, проводил много времени с братом Марсьялем и другом Ренуаром, которые часто останавливались в Пети-Женвилье. Как утверждают многие источники, незадолго до смерти у него была любовная связь женщиной гораздо моложе его, Эмили Шлаух, однако этому нет официальных свидетельств.

Кайботт скончался 21 февраля 1894 г. во время работы в своём саду в Пети-Женвилье. Он похоронен на кладбище Пер-Лашез в Париже.
Паркетчики, 1875, Музей Орсе, Париж. Подобно Дега, Кайботт стремился к реалистичной передаче динамики повседневной жизни.

Длительное время репутация Кайботта как мецената была значительно выше, чем его репутация художника. Через семьдесят лет после его смерти историки искусства начала пересматривать его художественное наследие.

В своем завещании Кайботт подарил большую коллекцию живописи французскому правительству. Эта коллекция включала шестьдесят восемь картин различных художников: Камиля Писарро (19), Клода Моне (14), Пьера-Огюста Ренуара (10), Альфреда Сислея (9), Эдгара Дега (7), Поля Сезанна (5) и Эдуара Мане (4).

На момент смерти Кайботта импрессионисты всё ещё были не в чести у эстеблишмента от искусства Франции, где по-прежнему доминировали представители академического направления, в особенности у Академии изящных искусств. Кайботт понял, что шедевры его коллекции, вероятно, исчезнут на «чердаках» и в «провинциальных музеях». Поэтому он завещал разместить свою коллекцию в Люксембургском дворце, где находились работы современных художников, а затем в Лувре.

К сожалению, французское правительство не согласилось с этими условиями. В феврале 1896 г. оно, наконец, заключило соглашение с Ренуаром, который был душеприказчиком Кайботта, согласно которому тридцать восемь картин были размещены в Люксембургском дворце. Остальные двадцать девять картин (одну Ренуар, взял в качестве оплаты за свои услуги душеприказчика) предлагались французскому правительству ещё дважды — в 1904 и 1908 гг., и оба раза был получен отказ. Когда правительство наконец попыталось потребовать их в 1928 г., этому воспротивилась вдова сына Кайботта. Большинство оставшихся работ были приобретены C. Альберт Барнсом и в настоящее время принадлежат Фонду Барнса в Филадельфии.

Сорок работ самого Кайботта находятся сейчас в Музее Орсе. Его полотно «Человек на балконе, бульвар Осман», написанное в 1880 г., было продано в 2000 г. за более чем 14,3 млн долларов США.