Avec son père, il voyage beaucoup et prend part à de nombreuses opérations astronomiques ou géodésiques. Admis à la Royal Society, en 1696, et à l'Académie de Berlin, il se lie d'amitié avec Newton et Halley. En 1699, accompagné du père Feuillée il est chargé de déterminer la position géographique de plusieurs ports du Levant. Cartésien militant, il prend position contre la théorie de l'aplatissement terrestre. En 1719, il réside dans le donjon de Clermont à Clermont (Oise) proche de Thury.
Louix XIV et Jacques Cassini, lithographie en couleurs de Maurice Leloir.
Il décrivit une perpendiculaire à la méridienne de France et fournit plusieurs Mémoires à l'Académie, entre autres un grand travail sur l’inclinaison des satellites, le mouvement propre et de l'anneau de Saturne. Il est l'auteur de plusieurs autres ouvrages, parmi lesquels Éléments d'astronomie (1740) et De la grandeur et figure de la terre (1720).
En 1740, il abandonne progressivement son activité de scientifique et laisse son fils César-François reprendre le flambeau familial. Il lui confie la charge de l'Observatoire et l'établissement de la carte de France. Son autre fils, le marquis Dominique-Joseph de Cassini, suivit quant à lui la carrière des armes.
Lettres de M. Adrien Auzout sur les grandes lunettes: Voyages de M.M. de Giovanni Domenico et Jacques (1735)
Paul Brouzeng et Suzanne Débarbat, Sur les traces des Cassini. Astronomes et observatoires du Sud de la France. Actes du 121e Congrès national des sociétés historiques et scientifiques, Nice, 1996, éditions du CTHS, 2001; 370 p. (ISBN978-2-7355-0425-1)
Florence Trystam, Le procès des étoiles. Récit de la prestigieuse expédition de trois savants français en Amérique du Sud et des mésaventures qui s'ensuivirent (1735-1771), Seghers, 1979 (ISBN9782232118623), 2e édition (ISBN9782232101762)
