Consegue la laurea in Lettere presso l’Università di Firenze nel 1966. Nel 1967 diventa assistente volontario di Ernesto Sestan. Assistente ordinario alla cattedra di storia medievale e moderna della facoltà di Magistero dell’Università degli Studi di Firenze, poi professore incaricato di storia medievale nella stessa università e, nel 1985, professore associato e ordinario all’Università di Bari; nel 1989 ottiene la cattedra di Storia medievale a Firenze. Attualmente è professore ordinario presso l’Istituto Italiano di Scienze Umane (Sum) e fa parte del Consiglio scientifico della Scuola Superiore di Studi Storici di San Marino. Inoltre, è Direttore di Ricerca nell’École des Hautes Études en Sciences Sociales di Parigi e Fellow della Harvard University.
Ha scritto oltre 150 libri a carattere soprattutto storico e medievale. Il campo di studi principale di Cardini è quello della storia delle Crociate, affrontato con studi su scritti cristiani e arabo-islamici.