Nasceu em 5 de agosto de 1872, em São Luiz do Paraitinga (SP), filho de Bento Gonçalves Cruz e Amália Bulhões Cruz. Em 1887 ingressou na Faculdade de Medicina do Rio de Janeiro, onde se formou em 1892, apresentando a tese de doutoramento “A vehiculação microbiana pelas águas”. No ano seguinte instalou em sua residência um pequeno laboratório de microbiologia. Nesse período, assumiu tanto a clínica que pertencera a seu pai como o ambulatório em que ele cuidava dos funcionários da Fábrica de Tecidos Corcovado. Em 1894, a convite de Egydio Salles Guerra, trabalhou na Policlínica Geral do Rio de Janeiro como responsável pela montagem e chefia do laboratório de análises clínicas que apoiava o Serviço de Moléstias Internas. No mesmo ano, auxiliou o Instituto Sanitário Federal, chefiado por Francisco Fajardo, a diagnosticar o cólera como a epidemia reinante no vale do Paraíba. Em 1897 foi para Paris, onde estudou microbiologia, soroterapia e imunologia no Instituto Pasteur e medicina legal no Instituto de Toxicologia. Retornou em 1899, reassumiu seu cargo na Policlínica e foi convidado para fazer parte da comissão chefiada por Eduardo Chapot-Prévost a fim de verificar a mortandade de ratos responsável pelo surto de peste bubônica em Santos. De volta ao Rio de Janeiro, foi convidado a ocupar a direção técnica do Instituto Soroterápico Federal que estava sendo construído na Fazenda Manguinhos, comandado pelo barão de Pedro Affonso, proprietário do Instituto Vacínico Municipal, e cujo funcionamento se iniciou em 1900. Em 1902, após divergências internas que provocaram a exoneração do barão, passou a dirigir sozinho a instituição. No ano seguinte, assumiu o comando da Diretoria Geral de Saúde Pública (DGSP) com o desafio de empreender uma campanha sanitária para combater as principais doenças que grassavam na capital federal: febre amarela, peste bubônica e varíola. Os métodos utilizados em relação às epidemias abarcaram desde o isolamento dos doentes, a notificação compulsória dos casos positivos, a captura dos vetores – mosquitos e ratos –, até a desinfecção das moradias situadas em zonas de focos. Em 1904, após a aprovação da lei da vacinação antivariólica obrigatória, ocorreu uma revolta popular, seguida da tentativa de golpe por parte dos militares – episódio denominado de Revolta da Vacina. Durou uma semana e foi sufocada com saldo de mortos, feridos e presos, o que levou à revogação da obrigatoriedade. Entre 1905 e 1906 realizou, pela DGSP, uma expedição a trinta portos marítimos e fluviais de Norte a Sul do país com o objetivo de estabelecer um código sanitário de acordo com os preceitos internacionais. Em 1907 recebeu a medalha de ouro em nome da seção brasileira presente no XIV Congresso Internacional de Higiene e Demografia de Berlim. Terminado o evento, foi a Paris, com o objetivo de estreitar laços científicos com o Instituto Pasteur, e em seguida a Nova York, onde conheceu o Instituto de Pesquisas Médicas. Nesse período, cumprindo missão delegada pelo governo brasileiro, reuniu-se com o presidente Theodore Roosevelt para lhe garantir que a esquadra norte-americana poderia desembarcar na capital federal sem temer a febre amarela. Encontrava-se ainda no exterior quando, em 1907, o presidente Afonso Pena transformou o Instituto Soroterápico em Instituto de Patologia Experimental de Manguinhos. Em sua volta ao país, no início de 1908, foi recepcionado como herói nacional, e não mais criticado por sua conduta à frente das campanhas sanitárias. Em 1909 solicitou sua exoneração e optou pela direção do instituto que passou a levar seu nome. Em Manguinhos realizou o levantamento das condições sanitárias do interior do país por meio de expedições científicas promovidas pelo Instituto Oswaldo Cruz (IOC), tais como, em 1910, os combates à malária durante a construção da Ferrovia Madeira-Mamoré, para onde viajou em companhia de Belisário Penna, e à febre amarela, a convite do governo do Pará. Em 1913 ingressou na Academia Brasileira de Letras, e um ano depois foi agraciado com o título de oficial da Ordem Nacional da Legião de Honra da França. Após deixar o comando do IOC no início de 1916, em consequência do agravamento de sua doença renal, foi residir em Petrópolis (RJ), onde ocupou o cargo de prefeito por nomeação de Nilo Peçanha, presidente do estado do Rio de Janeiro. Morreu em 11 de fevereiro de 1917, em Petrópolis.