Ses parents, Omer et Leila Baldaccini, italiens d'origine toscane, tenaient un bar à Marseille, où César est né en 1921 dans le quartier de la Belle-de-Mai, au n° 71 de la rue Loubon, dans le centre. "Je suis fondamentalement un autodidacte absolu", dira-t-il. Il travaille d'abord chez son père, avant de suivre en 1935 les cours de l'École des Beaux-Arts de sa ville natale avec son condisciple Raymond Normand puis, en 1943, de l'École nationale supérieure des beaux-arts de Paris avec Michel Guino, Albert Féraud, Daniel David et Philippe Hiquily, comme lui dans l'atelier de Marcel Gimond. Son atelier est situé dans un ancien bordel de la "rue de l'Échaudé", dont les chambres, à la suite de la loi Marthe Richard, avaient été attribuées à des étudiants. Formé aux techniques traditionnelles de la sculpture, l’artiste commence à utiliser des matériaux de récupération surtout pour des raisons économiques. Il déclare à ce sujet : "Le marbre de Carrare était trop cher, la vieille ferraille traînait partout. Je suis devenu sculpteur parce que j'étais pauvre !"

En 1954, il expose à la galerie Lucien Durand et obtient le prix "collabo" pour une sculpture intitulée "Le poisson" conçue à Villetaneuse ; ville où il travaillera une douzaine d'années, grâce à l'aide d'un industriel local, Léon Jacques. En 1956, il participe à la biennale de Venise puis ensuite à la biennale de São Paulo. 

En 1961, il se rapproche de Marino di Teana, et rejoint le groupe des Nouveaux réalistes, mouvement fondé par le critique d'art Pierre Restany, comprenant notamment Mimmo Rotella, Niki de Saint Phalle et Gérard Deschamps. En 1962, il réalise la fameuse Vénus de Villetaneuse.

En 1968, il créera à la Manufacture nationale de Sèvres, un cendrier en porcelaine édité en 50 exemplaires. Réalisé en porcelaine à couverture nacrée semi-mat, il représente un moule en plâtre utilisé pour la production des pièces, et a été produit à partir d'un modèle original en aluminium.

A partir de 1960, César concentre ensuite son travail sur la technique de la "compression dirigée", qui devient sa marque de fabrique : à l'aide d'une presse hydraulique, il compresse des objets divers. La vicomtesse de Noailles lui offre sa première voiture, une Zil soviétique toute neuve, la seule à Paris. César la renvoie compressée et plate comme une omelette et ayant perdu 90 % de son volume, d'autres automobiles vont aussi subir le même sort. Cet acte d'appropriation se veut un défi à la société de consommation et le rapproche des Nouveaux réalistes, dont il fait partie aux côtés de son ami Arman, auquel son nom est souvent associé. A la Fondation Cartier en 1986, il présente ainsi une compression monumentale de Peugeot 205 Turbo 16 accidentées dans des rallyes automobiles. Ce sont les voitures de Jean Todt compressés comme des galettes de maïs. A la Biennale de Venise, il présente une montagne de compressions, oeuvre monumentale de 520 tonnes. En 1998, sa Suite milanaise est une série réalisée avec des voitures Fiat neuves qui, une fois compressées, sont passées dans les chambres à peinture de l'usine Fiat de Turin, aux couleurs de la gamme de l'année. Il compresse toutes sortes de matériaux : tissus, papiers, et même bijoux en or que les femmes du monde lui apportent et qu'il rend compressés en cube à porter autour du cou.