Syn Józefa Kaspra Pochwalskiego i Marcjanny z Bergów należał do wielopokoleniowego rodu krakowskich malarzy o dużych tradycjach artystycznych. Malarzami byli: pradziad Marcin (1745-1800), ojciec Józef Kasper (1816-1875), brat Władysław (1860-1924), syn Józef Mikołaj (1888-1963) oraz bratankowie Stanisław (1896-1959) i Kasper (1899-1971).
Malarz portrecista, początkowe nauki rysunku i malarstwa pobierał u swego ojca, następnie studiował w Szkole Sztuk Pięknych w Krakowie (1871-1876) u J. Mehoffera. W 1877 r. otrzymał stypendium na wyjazd do Akademii Sztuk Pięknych w Monachium, gdzie studiował pod kierunkiem A. Wagnera i O. Seitza. Studia ukończył wyróżniony srebrnym medalem. W Krakowie kontynuował studia pod kierunkiem Jana Matejki. Ponadto uzupełniał swe wykształcenie malarskie w Wiedniu (1879), w Rzymie (1881) i Paryżu, u L. Bonnata (1883/4).
W początkowym okresie twórczości, pod wpływem malarstwa monachijskiego, malował studia i sceny rodzajowe. Dość szybko jednak ujawnił się jego wybitny talent portrecisty. Tworzył portrety realistyczne, a nawet naturalistyczne, w których w niezwykły sposób potrafił uchwycić fizyczne podobieństwo modela, wydobywając równocześnie jego cechy charakteru. Pozostał wierny tradycyjnemu malarstwu, nie poddając się wpływom nowych prądów w sztuce. Był twórcą niezwykle płodnym, pozostawił wielką liczbę portretów.
Stworzył wiele znakomitych wizerunków przedstawicieli polskiej arystokracji i ziemiaństwa, wśród nich Pawła Popiela, Leona Pinińskiego, czy Włodzimierza Dzieduszyckiego. Przyjaźń z Henrykiem Sienkiewiczem została uwieńczona świetnym portretem pisarza, najbardziej znaną jego podobizną.
W ciągu długiego życia, zarówno we wcześniejszym okresie, jak i później w niepodległej Polsce, Kazimierz Pochwalski wystawiał bardzo często w kraju (w Krakowie, we Lwowie, w Warszawie), również za granicą odnosząc duże sukcesy, zbierając nagrody i medale (Wiedeń, Monachium, Berlin, Paryż).
W 1893 r. otrzymał propozycję objęcia katedry malarstwa w wiedeńskiej Akademii Sztuk Pięknych, a w 1894 r. został powołany na profesora rzeczywistego. Od tego czasu zamieszkał, wraz z rodziną, na stałe w Wiedniu. Zdobył tam duże powodzenie jako malarz portretów. Toteż na zamówieniach od arystokracji, osób związanych z dworem, wyższych urzędników, wojskowych, czy przedstawicieli finansjery mu nie zbywało. Wyróżnieniem artysty było kilkakrotne powierzenie mu portretowania cesarza Franciszka Józefa.
Kazimierz Pochwalski nie zaniedbywał kontaktów z krajem, dokąd często jeździł realizować zamówienia na portrety, a także, jako zamiłowany myśliwy, na polowania, zapraszany przez swych klientów.
Po zakończeniu I wojny światowej i odzyskaniu przez Polskę niepodległości, wrócił do kraju i osiedlił się na stałe w rodzinnym Krakowie. Nadal otrzymywał zamówienia na portrety, często o charakterze oficjalnym. W ten sposób powstały portrety wielu znanych osobistości, prezydentów, rektorów i profesorów uniwersytetu.
W 1929r. był współzałożycielem Zrzeszenia Artystów Plastyków "Zwrotnik" .