Cem Cücenoğlu, 7 Nisan 1976 tarihinde Ankara’da doğdu. Ailesi devlet memuru olduğu için çocukluğu lojmanlarda geçti. İlkokul eğitimini Ankara’da tamamladıktan sonra ailesiyle birlikte İstanbul’a taşındı. 1995 yılında Müjdat GEZEN Sanat Merkezi Konservatuvarı Batı Müziği Piyano Bölümü’nü kazandı. Burada Esra Karabaş’tan solfej, Şahika Önal’dan piyano, Önder Bali’den armoni, Eser Taşkıran’dan orkestrasyon ve armoni, Meltem Taşkıran’dan ise şan dersleri aldı. 1999 yılında konservatuvardan mezun oldu ve ardından çeşitli kurumlarda piyano ve org dersleri vermeye başladı. 2000-2005 yılları arasında Eser Taşkıran ve Vecihi Akın’a asistanlık yaptı. Aynı zamanda oyunculuk eğitmenliği sertifikası da aldı ve bu alanda da kariyer yapmaya başladı. Cem Cücenoğlu, oyunculuk kariyerine 1999 yılında “Deli Yürek” dizisiyle adım attı. Ardından “Cennet Mahallesi”, “Arka Sokaklar”, “Akasya Durağı”, “Dürüye’nin Güğümleri”, “Ustura Kemal” ve “Poyraz Karayel” gibi popüler dizilerde rol aldı. Özellikle “Poyraz Karayel” dizisinde canlandırdığı "Taşkafa" karakteri ile geniş kitleler tarafından tanındı. Aynı zamanda tiyatro sahnelerinde de aktif olan oyuncu, 2017 yılında Anton Çehov’un “Martı” adlı oyununda Boran Kuzum, Ecem Uzun, Fırat Tanış ve Gonca Vuslateri gibi önemli isimlerle birlikte sahne aldı. Sinema kariyerinde ise “Yazı Tura”, “Son Osmanlı Yandım Ali”, “Deli Dumrul Kurtlar Kuşlar Aleminde”, “Kedi Özledi”, “Cingöz Recai”, “Poyraz Karayel: Küresel Sermaye”, “Kızım ve Ben”, “Locman” ve “Bursa Bülbülü” gibi filmlerde yer aldı. Nar Sanat İstanbul Eğitim ve Kültür Sanat Derneği'nin kurucularından olan Cem Cücenoğlu, aynı zamanda derneğin Denetleme Kurulu üyesi olarak görev yaptı. 2009 yılından itibaren Özel Nar Sanat Eğitim Kursu'nda piyano eğitmenliği yaptı. Oyunculuğu ve müziği bir arada yürüten Cücenoğlu, sanata olan çok yönlü katkısıyla dikkat çekti. Özel yaşamında, 9 Haziran 2013 tarihinde Pinhani grubunun bas gitaristi Zeynep Eylül Üçer ile evlendi ancak çift 2019 yılında yollarını ayırdı. 10 Mart 2024 tarihinde ise opera sanatçısı, mezzosoprano Asude Karayavuz ile evlendi. Tiyatro yazarı Tuncer Cücenoğlu’nun da yeğeni olan Cem Cücenoğlu, hem müzik hem oyunculuk alanında önemli çalışmalara imza attı.
