Родился 27 ноября (9 декабря) 1844 года в семье священника. Грузин по происхождению.
После окончания в 1865 году Тифлисской духовной семинарии поступил в последний VII класс Тифлисской гимназии. С 1866 года в течение двух лет слушал лекции на историко-филологическим факультете Санкт-Петербургского университета. Затем заболел и врачи рекомендовали ему покинуть столицу. Образование он продолжил осенью 1868 года на филологическом отделении философского факультета Мюнхенского университета. Весной 1869 года перешёл в Тюбингенский университет, где кроме филологии занялся восточными языками — армянским, арабским, персидским и, наиболее интенсивно — санскритом у профессора Рота. С 1870 года он занимался уже в Венском университете, где к прежним предметам добавились турецкий и грузинский языки (у Захау и Мюллера).
Вернувшись в Россию, в 1871 году он выдержал экзамен по грузино-армянскому разряду факультета восточных языков Санкт-Петербургского университета и представив диссертацию «Амазонки в истории и поэзии» получил степень кандидата университета; 9 марта 1872 года, после защиты диссертации pro venia legendi: «Сравнительный обзор морфологии Иберийской группы кавказских языков» (СПб., 1871) был определён приват-доцентом в Санкт-Петербургский университет по вакантной кафедре грузинской словесности; 2 апреля 1874 года он защитил магистерскую диссертацию: «О грамматической литературе грузинского языка» (СПб., 1873) и в том же году был назначен доцентом; 20 октября 1880 года защитил докторскую диссертацию: «Мингрельские этюды. I выпуск. Мингрельские тексты с переводом и объяснениями» (СПб., 1880; французский перевод: Одесса, 1883); II выпуск — «Опыт фонетики мингрельского языка» (СПб., 1880).
В 1886 году стал экстраординарным профессором по уже соединённой кафедре грузинской и армянской словесности факультета восточных языков Петербургского университета; 1 января 1890 года был утверждён ординарным профессором и в этой должности находился до 1916 года.
Труды Цагарели затрагивают лингвистику, историю литературы, историю и археологию грузинскую и общую.
«О предполагаемом сродстве грузинского языка с индоевропейскими и туранскими языками» («Журнал Министерства Народного Просвещения», сентябрь, 1872);
«К географии Мингрелии» («Известия Кавказского Отделения Императорского Русского Географического Общества», выпуск II, V том, 1878);
«Сведения о памятниках грузинской письменности» (выпуск I, Санкт-Петербург, 1886, выпуск II, 1889, выпуск III, 1899);
«Грузинские надписи, найденные в России» («Записки Восточного Отделения Императорского Русского Археологического Общества», том II, выпуск III);
«Сведения о памятниках грузинской письменности» («Труды V археологического съезда в Тифлисе», Москва, 1887);
«Памятники грузинской старины в Святой Земле и на Синае» (с планом, рисунками и снимком в рукописей, Санкт-Петербург, 1888; значительная часть этого труда появилась в немецком переводе в «Zeitschrift des deutschen Palastina-Vereins» и в английском, в Оксфорде в 1894 г.);
«Переписка грузинских царей и владетельных князей с Государями Российскими в XVIII столетии» (Санкт-Петербург, 1890);
«Грамоты и другие исторические документы XVIII столетия, относящиеся к Грузии» (I том с 1768 по 1774 годы, с картой Закавказья 1771 г., Санкт-Петербург, 1891; том II, 1898 и 1902). В Энциклопедическом словаре Брокгауза и Ефрона Цагарели поместил общий обзор истории, литературы и древней Грузии (том IX, стр. 795—801).
