Cavenaghi debutó en River en 2001 y rápidamente se ganó el corazón de los hinchas millonarios. En 2004 pasó al Spartak de Moscú, donde jugó hasta 2006, para luego llegar al Girondins de Bordeaux de Francia (2007-2010) y al Inter de Porto Alegre (2011).
A mitad de ese año retornó a la Argentina para sumarse al club de sus amores en su época más dura: el paso por la Primera B Nacional.
Luego de lograr el ascenso con River, tuvo un duro cruce con Daniel Passarella, presidente del club de Núñez en esos momentos, y terminó emigrando al Villarreal de España para en 2013 sumarse al Pachuca de México.
En 2014 volvió a River , con el que se coronó campeón de la Copa Sudamericana en 2014, de la Recopa Sudamericana en 2015 y de la Copa Libertadores el mismo año. Al no tener demasiados minutos en el equipo de Marcelo Gallardo decidió viajar a Chipre para sumarse al Apoel Nicosia, con el que se coronó campeón de la liga local.
A lo largo de su carrera Cavenaghi marcó 216 goles, consiguió seis títulos locales con River, incluyendo el de Primera B Nacional, y tres trofeos internacionales, además de sumar cinco títulos con el Girondins de Bordeaux.
En un video subido por la institución de Núñez a Youtube y filmado en las instalaciones de River, sostuvo: "Para mí es un honor anunciar desde acá que mi carrera llega a su fin, por todos los momentos vividos y por el sacrificio hecho. Estoy orgulloso de lo hecho aquí dentro y de todo lo que logré".
Si bien aún no hay fecha confirmada, el atacante tendrá su partido de despedida en el Monumental en 2017.