Raphaël Cendo étudie le piano et la composition à l’École normale de musique de Paris, où il obtient son diplôme en 2000. Il intègre la classe de composition du Conservatoire national supérieur de Paris en 2003 puis suit le cursus annuel de composition et d’informatique musicale de l’Ircam, qu’il termine en 2006. Il reçoit les enseignements d’Allain Gaussin, Brian Ferneyhough, Fausto Romitelli et Philippe Manoury.

Il développe, avec d’autres compositeurs comme Franck Bedrossian, le concept de saturation instrumentale, qu’il décrit comme « la conséquence d’une démesure dans un espace limité », ainsi que comme « la quête de l’animalité comme rejet de la domestication, comme désir de constituer de nouveaux territoires ». Il ébauche également le concept d’irradiance, qu’il développe pour caractériser son esthétique. Cendo perçoit son style d’écriture comme une passerelle pour faire de l’acte de concert un « rituel ». Il décrit ainsi son troisième quatuor à cordes, Delocazione, comme un « rituel, un apprentissage de la poussière et du deuil ». 

Il écrit des œuvres pour des ensembles de renommée internationale comme L’Itinéraire, l’Orchestre national d’Ile de France, le quatuor Diotima, l’Ensemble intercontemporain, Ictus, Cairn, musikFabrik, l’ensemble Alternance, le Nouvel Ensemble Moderne, Les Percussions de Strasbourg, l’Orchestre symphonique de Montréal, l’Orchestre de la radio de Munich, qui sont jouées et dirigées notamment par Miquel Bernat, Alain Billard, Daniel Kawka, Jean Deroyer, Pascal Rophé, Guillaume Bourgogne, Peter Rundel, Georges-Élie Octors et Lorraine Vaillancourt. Plusieurs de ces pièces sont données lors de grandes manifestations comme « Lille, Capitale européenne de la culture » à l’Opéra de Lille, les concerts Tremplin au Centre Georges Pompidou, les festivals Mito à Milan, la Biennale de Venise, Radio France à Montpellier, Voix Nouvelles à Royaumont, Présences de Radio France, Musica à Strasbourg, Ars Musica à Bruxelles, Why Note de Dijon, ainsi qu’en Allemagne, à ceux de Darmstadt et Donaueschingen.

En 2007, Raphaël Cendo reçoit le Prix Espoir, décerné par la fondation Francis et Mica Salabert, du Concours international de composition de l’Orchestre symphonique de Montréal. En 2008, il enseigne la composition au conservatoire de Nanterre. Il est diplômé du Conservatoire national supérieur de Paris en composition, analyse et orchestration. De 2009 à 2011, il est pensionnaire de la Villa Médicis, Académie de France à Rome. En 2012, il est professeur invité aux cours d’été de Darmstadt et aux sessions de compositions Voix nouvelles à Royaumont. Il reçoit en 2009 le prix Pierre Cardin de l’Académie des Beaux-Arts et en 2011 le Prix Hervé Dugardin de la SACEM. La Biennale de Venise lui décerne le Lion d’Argent en 2020.

Sa pièce Graphein(2014), pour ensemble, est selon lui « la synthèse de dix ans de recherche sur les sons complexes », cette expression désignant les sons multiphoniques, qui donnent à ses yeux des « couleurs », et non de simples séries de notes. En juin 2021, sa nouvelle œuvre Double Cheese Passions est créée dans le cadre du festival ManiFeste de l’Ircam.

Raphaël Cendo est directeur de l’Université d’Altitude. Actuellement, il vit et travaille à Berlin.