Nascido em uma rica e influente família paulista, formou-se, em 1928, em ciências jurídicas e sociais. Sua primeira obra – Evolução política do Brasil, publicada em 1933 – foi também a primeira análise da história do Brasil a utilizar o materialismo histórico de forma consistente. Nela, viu o feudalismo na Colônia apenas como “figura de retórica”, ainda que o regime das capitanias fosse “caracteristicamente feudal”.
Em Formação do Brasil contemporâneo, publicado em 1942, Caio Prado sustenta que a compreensão da história brasileira se faz ao se desvelar o seu sentido, que se definiria na formação colonial. Assim, ele parte do início do século XIX, quando a obra colonizadora se encerrou, retornando ao passado para entender esse sentido, relacionado à expansão dos séculos XV e XVI, voltada para as atividades mercantis. Defendeu que o caráter colonial permanecia na estruturação da sociedade brasileira, que se moldara na especialização da produção de bens agrícolas para o mercado europeu em latifúndios monocultores.
Em 1943, fundou a editora Brasiliense, que lançaria em 1955 a revista Brasiliense, ponto de referência do pensamento crítico e nacionalista brasileiro. Em 1945, publicou História Econômica do Brasil, em que trata dos problemas da industrialização, do imperialismo, da vida econômica e financeira, insuficientemente analisados até então. Dois anos depois, elegeu-se deputado estadual pelo Partido Comunista Brasileiro (PCB), tendo o mandato cassado com a decretação da ilegalidade do PCB.
Caio Prado Júnior integrou um movimento de revisão da história do Brasil, na década de 1930, que revolucionou a maneira de compreender a evolução política e social do país. Até então, vigorava a tese de que o Brasil era um país sem povo. A partir desse momento – e graças às contribuições decisivas de Sérgio Buarque de Holanda, Gilberto Freyre e do próprio Caio Prado – surgiram novos paradigmas como raça, modernização, tradição, patriarcalismo e revolução, que foram sendo incorporados ao vocabulário corrente dos círculos intelectuais e universitários brasileiros. Nesse contexto, Evolução política do Brasil, Formação do Brasil contemporâneo e História econômica do Brasil representam um esforço de sistematização dos conceitos tomados do pensamento marxista, aliados a uma narrativa pormenorizada dos principais acontecimentos que atravessam a evolução sociopolítica do país. Essas obras manifestam uma preocupação com o método e com a teoria que exerceu forte influência sobre a universidade e sobre os leitores em geral.
Perseguido após o golpe de 1964, Caio Prado Júnior foi aposentado compulsoriamente, em 1968, pela ditadura e preso entre 1970 e 1971, até ser absolvido pela Justiça. Antes disso, porém, questionou os seus críticos e os exegetas da sua obra, com a publicação de A revolução brasileira (1966), livro com o qual ganhou os prêmios Juca Pato e Intelectual do Ano, concedido pela União Brasileira de Escritores. Nessa obra, e mais tarde em A questão agrária no Brasil (1979), empreendeu uma revisão do marxismo que fora utilizado em suas primeiras obras e demonstrou que aqueles que as estudaram não penetraram a fundo nos conceitos e nas categorias da teoria crítica da sociedade. Em A revolução brasileira, lembra que a tradição do pensamento de esquerda no Brasil tem invertido o processo metodológico adequado – em vez de partir da análise dos fatos, a fim de derivar daí os conceitos com que se estrutura a teoria, procede-se em sentido inverso, partindo da teoria e dos conceitos, que se buscam em textos consagrados e clássicos, para em seguida enquadrar os fatos. A influência do PCB e das respectivas teses do aparelho partidário simplificou a história do capitalismo brasileiro. E, com isso, o ex-militante comunista ampliou as suas formulações, incorporando leituras do marxismo italiano e recusando o ranço stalinista que predominava nos círculos comunistas da época.
Faleceu em 1990, deixando um legado decisivo para a historiografia e o pensamento social brasileiro e latino-americano.