José María Cao Luaces nació en el pueblo de Santa María de Cervo, del consello lucense de Viveiro. Ingresó tempranamente en la fábrica de cerámica de Sargadelos en la que trabajaba su padre y parecía abocado a esa labor tradicional. Pero tras ser cerrada la fábrica en 1877, Cao ingresó como ayudante de pintor en la fábrica de loza La Asturiana, sita en Gijón, y eso despertó su espíritu artístico. En Gijón conoció al escultor José María López Rodríguez (nacido en Ribadeo pero con toda su carrera desarrollada en Asturias) que le enseño técnicas de escultura y dibujo. Cao creció como artista y como empresario tras ese empuje. Dirigió el taller de un establecimiento de porcelanas y cristalerías en La Coruña y también ejerció tareas diversas en comercio, aduanas y telégrafos, desarrollando en paralelo una labor ensayística y literaria en varias publicaciones en prensa gallegas.
En 1886, emigró a Buenos Aires para buscar fortuna. Partía de cero, y sus primeras monedas las ganó en el Paseo Colon rioplatense haciendo caricaturas a los paseantes. En 1888, se sumó a los trabajadores de un taller de grabados, consiguió una plaza como profesor de un colegio y comenzó a colaborar con la prensa local satírica. Dibujó retratos para El Sudamericano, con tan mala fortuna que uno suyo del general Julio Argentino Roca, presidente de la nación, le condujo a prisión. En 1887, comenzó a realizar caricaturas en Don Quijote (publicaciónk radicalista que era dirigida por otro español, el caricaturista madrileño Eduardo Sojo). Cao reincidió: una caricatura del general Nicolás Levalle (ministro de Guerra y Marina del Presidente Carlos Pellegrini) le llevó a los calabozos de la Penitenciaría Nacional durante ocho días, a lo cual siguió un escándalo y el cierre de la cabecera. También en este periodo, Cao sufrió un atentado que pudo costarle la vida, cuando en la puerta de su casa un desconocido le disparó a quemarropa sin éxito. Debio a toda esta presión, Cao decidió usar el seudónimo Demócrito II, como homenaje a Sojo, quien firmaba Demócrito. Según Martín Fernández, el fundador del radicalismo Leandro Alem afirmaría que la revolución argentina de 1890 la hicieron tanto las armas como las caricaturas de Sojo y Cao.
El 7 de febrero de 1892, Cao fundó El Eco de Galicia, periódico homónimo del que se editó en Cuba entre 1878 y 1902. Al poco tiempo vendió este periódico a otro lucense, Castro López, y en 1894 fundó El Cid Campeador, que se fusionó con La Bomba en 1895. Aparte de dirigir y dibujar en sus propias cabeceras, Ilustró almanaques de la época, como El Criollo, en 1893. Pero su labor más descollante y reconocida la desarrolló en Caras y Caretas, emblemática revista argentina que surgió en realidad en Uruguay en 1890, creada por el español Eustaquio Pellicer. Tras la renuncia de este, tomaron la dirección el escritor Justo Sixto Álvarez (cuyo seudónimo era Fray Mocho) y el dibujante español Manuel Mayol, los cuales recurrieron a Eduardo Alvarez Villalobos y Cao como ilustradores para iluminar sus satíricos contenidos. Cao introdujo en 1900 en las páginas de la revista la sección Caricaturas contemporáneas para denunciar corrupción política y construir un fresco de las costumbres nacionales argentinas. También satirizó con sus caricaturas a los gobernantes que actuaron en la Primera Guerra Mundial, imágenes que hallaron el aplauso del público europeo.
Debido a la fama cosechada, Cao fue requerido como director artístico del suplemento del diario La Nación, el más importante de su país de adopción, en el que desde 1902 publicó caricaturas, ilustraciones y paisajes a la pluma. También participó Cao en la fundación de otra revista, Fray Mocho, cabecera bajo la dirección de Carlos Correa Luna (compañero suyo en Caras y Caretas), triunfando desde 1912 con las caricaturas destinadas a una sección titulada Juguetes de actualidad. Desde 1913, Cao trabajó para el diario Crítica y, al producirse el Centenario de la Independencia, historió La caricatura en la argentina en las páginas de El Hogar (o sea, desde el día 7 de julio de 1916). También incursionó en la pintura.
José María Cao, que era masón, tuvo seis hijos con su esposa María De Domenici, de los cuales solo Fernando Roberto Cao heredó las habilidades artísticas de su padre, dado que fue caricaturista y fue autor de la tira Jacinto Pies Felices para la revista Leoplán, de la serie Y los sueños, sueños son... para el diario Noticias Gráficas y de Pepe el pistolero para la revista Patoruzú. También su nieto, Julio Álvarez Cao, fue dibujante y guionista de historietas.
José María Cao fue considerado desde su muerte el padre de la caricatura política argentina. Sobre su obra se han publicado varios catálogos y de su obra se han hechos exposiciones. En 2014, el Club de Prensa de Ferrol publicó el libro José Cao Luaces. Galego Universal na caricatura, escrito por Julio Neveleff y Siro López Lorenzo.