Cabrillo enviado para Havana quando jovem e juntou forças com Hernán Cortés no México (então chamado Nova Espanha). Mais tarde, o seu sucesso na extracção de ouro na Guatemala tornou-o um dos mais ricos dos conquistadores do México. De acordo com o seu biógrafo Harry Kelsey, tomou uma mulher indígena como sua mulher de direito comum e gerou vários filhos, incluindo pelo menos três filhas. Mais tarde, casou com Beatriz Sanchez de Ortega em Sevilha, durante um hiato em Espanha. Ela regressou à Guatemala com ele e deu-lhe dois filhos.
Cabrillo beneficiou do sistema de encomienda que escravizou os povos nativos das Américas. Nas Honduras, por exemplo, ele separou famílias, enviando os homens para as minas em busca de ouro e para a floresta para colher os materiais de que precisava para a construção naval. As mulheres e raparigas que entregou aos seus soldados e marinheiros, presumivelmente como escravos.
p>Ele acompanhou Francisco de Orozco para subjugar o povo indígena Mixtec no que viria a ser a cidade de Oaxaca, no México. Pouco se sabe do que Cabrillo lá fez.
Em 1539, Francisco de Ulloa, que tinha sido comissionado por Cortés, descobriu o Golfo da Califórnia e chegou quase ao norte do paralelo 30. Cabrillo foi então incumbido pelo novo Vice-rei da Nova Espanha, Antonio de Mendoza, de liderar uma expedição pela costa do Pacífico em busca de oportunidades comerciais, talvez para encontrar um caminho para a China (pois toda a extensão do Pacífico Norte era desconhecida) ou para encontrar o mítico Estreito de Anián (ou Passagem Noroeste) que liga o Oceano Pacífico à Baía de Hudson. Cabrillo construiu e possuía o navio almirante do seu empreendimento (dois ou três navios), e ficou a lucrar com qualquer comércio ou tesouro.
Em 1540, a frota partiu de Acajutla, El Salvador, e chegou a Navidad, México, no dia de Natal. Enquanto estava no México, Pedro de Alvarado foi à assistência da cidade de Nochistlán, que foi cercada por nativos hostis, e foi morto quando o seu cavalo lhe caiu em cima, esmagando-lhe o peito. Após a morte de Alvarado, o vice-rei tomou posse da frota de Alvarado. Parte da frota foi enviada para as ilhas Filipinas sob o comando de Ruy López de Villalobos e dois dos navios foram enviados para norte sob o comando de Cabrillo.
Em 27 de Junho de 1542, Cabrillo partiu de Navidad com três navios: o galeão de 200 toneladas e o navio bandeira San Salvador, o mais pequeno La Victoria (c. 100 toneladas), e o mais pequeno La Victoria (c. 100 toneladas), com vinte e seis orelhas “fragata” ou “bergantin” San Miguel. A 1 de Agosto, Cabrillo ancorado à vista da Ilha de Cedros. Antes do final do mês tinham passado por Baja Point (chamado “Cabo del Engaño” por de Ulloa em 1539) e entrado em “águas desconhecidas, onde nenhum navio espanhol tinha estado antes”. A 28 de Setembro, desembarcou no que é hoje a Baía de San Diego e deu-lhe o nome de “San Miguel”. Pouco mais de uma semana depois, chegou à ilha de Santa Catalina (7 de Outubro), à qual deu o nome de “San Salvador”, em homenagem ao seu navio almirante. Ao enviar um barco para a ilha, “apareceu uma grande multidão de índios armados” – que, no entanto, mais tarde “fizeram amizade”. Perto da ilha de San Clemente foi nomeado “Victoria”, em homenagem ao terceiro navio da frota. Na manhã seguinte, 8 de Outubro, Cabrillo veio à Baía de San Pedro, que recebeu o nome de “Baya de los Fumos” (Baía dos Fumos). No dia seguinte, ancoraram durante a noite na Baía de Santa Monica. Subindo a costa, Cabrillo viu a ilha de Anacapa, que aprenderam com os índios que estava desabitada.
A frota passou a semana seguinte nas ilhas, ancorada na sua maioria no Cuyler Harbor, uma baía na costa nordeste da ilha de San Miguel. No dia 18 de Outubro, a expedição viu Point Conception, a que deram o nome de “Cabo de Galera”. A expedição de Cabrillo registou os nomes de numerosas aldeias Chumash na costa da Califórnia e ilhas adjacentes em Outubro de 1542 – então localizadas nas duas províncias em guerra de Xexo (governada por uma “velha mulher”, agora Condado de Santa Barbara, Califórnia) e Xucu (agora Condado de Ventura, Califórnia).
No dia 13 de Novembro avistaram e chamaram “Cabo de Piños” (possivelmente Point Pinos ou Point Reyes), mas perderam a entrada na baía de São Francisco, um lapso que os marinheiros repetiriam durante os próximos dois séculos e mais, muito provavelmente porque a sua entrada está frequentemente envolta em nevoeiro. A expedição pode ter chegado até ao norte do rio russo ou mesmo da Colômbia, antes das tempestades de Outono os forçarem a voltar para trás. Devido à imprecisão da sua descrição, é incerto qual o rio norte que a expedição avistou. Regressando pela costa, Cabrillo entrou na Baía de Monterey, nomeando-a “Bahia de Los Piños”.
A 23 de Novembro de 1542, a pequena frota chegou a “San Salvador” (Ilha de Santa Catalina) para passar o Inverno e fazer reparações. Lá, por volta da véspera de Natal, Cabrillo saiu do seu barco e partiu a canela quando tropeçou numa rocha recortada enquanto tentava salvar alguns dos seus homens de atacarem os guerreiros de Tongva. O ferimento infectou e desenvolveu gangrena, e ele morreu a 3 de Janeiro de 1543 e foi enterrado. Uma possível lápide foi mais tarde encontrada na ilha de San Miguel. O seu segundo no comando trouxe o resto do grupo de volta a Navidad, onde chegaram a 14 de Abril de 1543.
p> Perdeu-se o relatório oficial da expedição de Cabrillo; tudo o que sobrevive é um resumo feito por outro investigador, Andrés de Urdaneta, que também teve acesso aos registos e cartas dos navios. Nenhum relato impresso da viagem de Cabrillo apareceu antes do relato do historiador Antonio de Herrera, no início do século XVII.