Γεννήθηκε στην Ιθάκη από γονείς Κερκυραίους. Σπούδασε στην Κέρκυρα στο γνωστό τότε εκπαιδευτήριο «Καποδίστριας» και από μικρός σχετίστηκε με τους σημαντικότερους λογίους του νησιού: τον Ιάκωβο Πολυλά, τον Γεράσιμο Μαρκορά, τον Νίκο Κονεμένο κ.ά. Από νωρίς άρχισε να μελετά κλασικούς συγγραφείς και ξένες γλώσσες, μετά από υπόδειξη του Πολυλά. Το 1877 γράφτηκε στη Φιλοσοφική Σχολή του Πανεπιστημίου Αθηνών την οποία όμως μετά ένα χρόνο εγκατέλειψε για να πάει στη Γερμανία. Η παραμονή του εκεί ήταν εξαιρετικά δημιουργική. Ζει έντονα τη ζωή, απορροφά κάθε είδους επιστημονική γνώση, μελετάει ξένες φιλολογίες, νεκρές γλώσσες (σανσκριτική), φιλοσοφία (γερμανική και ινδική) και νεότερη λογοτεχνία. Η φιλοσοφία των Καντ, Φίχτε και Σοπενάουερ τον επηρέασε βαθύτατα. Εκεί διαμορφώνει τις γλωσσικές του πεποιθήσεις και την ποιητική του έκφραση. Γράφει ποίηση και μεταφράζει ξένη λογοτεχνία. Στη Γερμανία φοίτησε σε διάφορα πανεπιστήμια και πήρε τελικά δίπλωμα φιλοσοφίας.

Ταυτόχρονα με τις σπουδές του, ήδη από την εποχή που βρισκόταν στην Κέρκυρα, ενδιαφέρεται για τα πολιτικά και διεθνή γεγονότα. Με την επιστροφή του στην Κέρκυρα το 1890 συμμετέχει στην Εθνική Εταιρεία, η οποία υπηρετούσε τα εθνικά ιδεώδη της Μεγάλης Ιδέας. Πήρε μέρος ως εθελοντής στην επανάσταση της Κρήτης (1896) και μετέβη με αντάρτικο σώμα στην Ήπειρο στον πόλεμο του 1897. Στους Βαλκανικούς πολέμους κατατάχθηκε ως εθελοντής στο σώμα των Γαριβαλδίνων και σκοτώθηκε στη μάχη του Δρίσκου.

Είχε εκλεγεί βουλευτής και υποστήριξε με πάθος την δημοτική γλώσσα. Με την ιδιότητα αυτή, μιλώντας στη Βουλή σχετικά με τον καθορισμό της επίσημης γλώσσας, όταν οι περισσότεροι βουλευτές είχαν ταχθεί υπέρ της καθαρεύουσας και μιλούσαν περιφρονητικά για τη  «χυδαία» δημοτική, ανέφερε μια φράση που από τότε έγινε παροιμιώδης: «Χυδαία γλώσσα δεν υπάρχει, υπάρχουσι χυδαίοι άνθρωποι και υπάρχουσι πολλοί χυδαίοι άνθρωποι ομιλούντες την καθαρεύουσαν».

Το ποιητικό έργο του Μαβίλη είναι μικρό σε ποσότητα αλλά μεγάλο σε ποιότητα. Έγινε γνωστός από τα σονέτα του, που τα περισσότερα γράφτηκαν στην πενταετία 1895-1900 και τον καθιέρωσαν ως τον σπουδαιότερο εκπρόσωπο του είδους αυτού στην ποίησή μας. Από τα χαρακτηριστικότερα σονέτα του Μαβίλη είναι τα Λήθη, Καλλιπάτειρα, Μούχρωμα, Ελιά. Για την καλλιέργεια του σονέτου τον επαίνεσε ο Παλαμάς, ο οποίος θεωρούσε ότι ο Μαβίλης με τον Ρήγα καταλαμβάνουν τις «δύο κορυφές της πατριδολατρικής ποίησης». 

Κύρια χαρακτηριστικά του, όπως σημειώνει ο Λίνος Πολίτης,  είναι η «μεστή γλώσσα, ο επίμονα λεπτουργημένος στίχος, η πλούσια ομοιοκαταληξία. Η ποιητική σκέψη είναι κρυστάλλινη και διαυγής σαν τους στίχους του. (…) Διοχετεύει σ’  αυτούς το ανώτερο ήθος και την ανθρώπινη ευγένεια και αρχοντιά που τον χαρακτήριζε σ’ όλη του τη ζωή».

Εκτός από τις επιδράσεις της γερμανικής και ινδικής φιλοσοφίας, επηρεάστηκε αρκετά από τους Γάλλους Παρνασσιστές που είχαν καλλιεργήσει το ποιητικό είδος του σονέτου. Άφησε συνολικά 55 σονέτα, κάποια άλλα ποιήματα, πεζά και μεταφράσεις.