Eric Caravaca se forme au Conservatoire et à l'Actor's studio avant de se faire remarquer sur les planches, notamment dans des spectacles mis en scène par Philippe Adrien, dans les années 90. A cette époque, il a entre autres pour partenaire Bruno Putzulu. Après une poignée de courts métrages, il obtient en 1996 son premier grand rôle au cinéma avec Un samedi sur la terre de Diane Bertrand, une œuvre singulière sur le Destin.

Aperçu dans plusieurs films signés par la jeune garde du cinéma français, Eric Caravaca accède à la reconnaissance en incarnant Nicolas, trentenaire issu d'une famille de paysans, qui aspire à rompre avec un quotidien morne et rude, dans C'est quoi la vie ? de Francois Dupeyron. Cette prestation lui vaut le César du Meilleur espoir en 2000 et marque le début d'une longue collaboration avec le réalisateur, qui offre à ce comédien discret et pudique le rôle d'une "gueule cassée" dans La Chambre des officiers (avec à la clé une nomination au César du Meilleur acteur en 2002) puis celui d'un clandestin kurde dans Inguelezi (2004).

Même si l'acteur s'illustre dans quelques comédies comme Les Ambitieux face à Karin Viard ou Cliente face à Nathalie Baye, il reste attaché au cinéma d'auteur puisqu'on le retrouve dans Novo et Elle est des nôtres en 2002. Ne se refusant pas non plus au cinéma de genre comme Cette femme-là (2003) ou La Chambre des morts (2007), l'acteur est choisi par Patrice Chéreau en 2003 pour interpréter Luc, un jeune homosexuel qui renoue le dialogue avec Son frère lorsqu'il apprend que celui-ci est atteint d'un mal incurable.

Ce goût pour un cinéma de l'intime, au plus près de l'humain, se retrouve dans sa première réalisation, intitulée Le Passager, une œuvre sur le deuil et la transmission, présentée à Venise en 2005. Puis, de retour devant la caméra, il est à l'affiche de deux œuvres engagées, La Raison du plus faible, le polar social de Lucas Belvaux puis Mon colonel, un film sur la Guerre d'Algérie produit par Costa-Gavras, qui le dirigera également dans Eden à l'Ouest en 2009.

Par la suite, le comédien rencontre Dieu dans Qui a envie d'être aimé ? avec le chanteur Benjamin Biolay. Il participe également à deux thrillers assez mal reçus : Comme les 5 doigts de la main (2010) et L'Avocat (2011). En 2012, c’est toujours de religion dont il est question avec Ici-bas, dans lequel une nonne, sous les traits de la prometteuse Céline Sallette, tombe amoureuse de lui. L’année suivante, il est à l'affiche de Tu honoreras ta mère et ta mère aux côtés de Nicole Garcia et Gaspard Ulliel.