Jim Caviezel grandit dans une famille catholique conservatrice. Etudiant à Washington, c'est après s'être cassé une jambe lors d'un match de basket qu'il s'essaye au théâtre. Alors qu'il est accepté à la fameuse Julliard School of Performing Arts, il part à Hollywood tenter sa chance. Il obtient son premier rôle en 1991 dans My own private Idaho aux côtés de River Phoenix et Keanu Reeves.

Le jeune homme enchaîne alors les apparitions où il porte l'uniforme : Wyatt Earp (1994), Rock (1996) et A armes égales (1997). C'est en 1998 qu'il accède à la consécration internationale avec son rôle de soldat rêveur dans le chef-d'oeuvre La Ligne rouge de Terrence Malick. Ang Lee le choisit l'année suivante pour incarner un impitoyable Bushwhacker dans Chevauchée avec le diable.

Beau gosse au regard bleu perçant, un certain mystère entoure souvent ses personnages : policier communiquant avec son père décédé dans le thriller Fréquence interdite (2000), ange gardien intrigant de Jennifer Lopez dans Angel eyes (2001), mari à l'identité trouble dans High crimes (2002), il est aussi le partenaire de Robin Williams dans l'inquiétant et futuriste Final cut (2004).

En 2002, Jim confirme son statut d'acteur de premier plan en jouant Edmond Dantès dans La Vengeance de Monte Cristo. Deux ans plus tard, Mel Gibson lui offre le rôle-titre de La Passion du Christ, un film polémique qui met un frein à sa carrière mais qui connaît un succès commercial important. Toujours en 2004, il traque un tueur psychotique dans Highwaymen : la poursuite infernale.

En 2006, Jim Caviezel campe un poseur de bombes insaisissable poursuivi par Denzel Washington dans Déjà vu de Tony Scott. La télévision lui offre une place de choix à partir de 2009 grâce au remake en six épisodes de la série mythique Le Prisonnier pour la chaîne AMC. S’attaquer à un tel monument n’était pas sans risque et les critiques ne sont pas tendres lors de la diffusion du show.

Deux ans plus tard, le comédien interprète l’un des deux rôles principaux d’une production de J.J. Abrams pour la chaîne CBS : Person of Interest. Dans cette série imaginée par Jonathan Nolan, il incarne John Reese, un agent paramilitaire de la CIA présumé mort par le gouvernement américain qui est recruté par un millionnaire (Michael Emerson) pour travailler sur un projet top-secret.

Sombre et paranoïaque, le programme séduit le public. Après 5 saisons, Person of Interest s'arrête en 2016. Entre-temps, Jim Caviezel affronte Sylvester Stallone et Arnold Schwarzenegger dans le thriller carcéral Evasion (2013). Il y incarne un directeur de prison implacable. Il renoue ensuite avec le film religieux en se glissant dans la peau de Luc dans Paul, Apôtre du Christ.

Relativement en retrait des plateaux, on le voit néanmoins dans le western The Ballad of Lefty Brown (2017) et le thriller Infidel (2021). En 2023, il joue le personnage principal de Sound of Freedom de Alejandro Monteverde : Tim Ballard, un ancien agent du gouvernement qui se lance dans une mission périlleuse pour sauver des enfants prisonniers de trafiquants sexuels.

Si le thriller inspiré de faits réels fait polémique (soutenu par l'ultra-droite américaine et plusieurs personnalités controversées, le film est accusé de véhiculer des thèses complotistes), il s'avère particulièrement lucratif. Ainsi, depuis sa sortie en juillet aux Etats-Unis, le long métrage génère 247 millions de dollars de recettes, et ce pour un budget estimé à environ 15 millions.

Toujours en 2023, il est annoncé que La Passion du Christ 2 devrait bientôt entrer en production (sous la forme de deux films !), toujours avec Jim Caviezel dans le rôle de Jésus.