Der viermalige Weltmeister und Peking-Olympiasieger im Zeitfahren hatte sich bei Stürzen im März (Harelbeke) und im Juli bei der Tour de France jeweils Brüche an den Lendenwirbeln zugezogen.
Zudem musste er zuletzt die Vuelta in Spanien kurz nach dem Start wegen einer Magen-Darm-Infektion aufgeben.
"Ich habe nicht mehr die Energie für ein drittes Comeback in der Saison", sagte Cancellara. In Richmond hatte er den WM-Titel im Straßenrennen anvisiert, der ihm in seiner Sammlung noch fehlt.