Nació y creció en Skagitt County, Washington. Los Caviezel eran una familia de atletas, y Jim se decantó al principio por el baloncesto. Pero hasta que una lesión de pie no le apartó de las canchas no afloraron otras aficiones. Su primera actuación fue en una adaptación teatral estudiantil del música de Frank Sinatra titulado "Come Blow Your Horn". A principios de los años 1980, se trasladó a Los Ángeles y trabajó como camarero mientras se presentaba a los casting.

Hizo pequeños papeles en series tan populares de televisión como "Murder, She Wrote" (Se ha escrito un crimen) y "The Wonder Years" (Aquellos maravillosos años). Debutó en la gran pantalla como empleado de reservas de una línea aérea en "My Own Private Idaho" (Mi Idaho privado) (1991) de Gus Van Sant en la que pretendía ser un inmigrante italiano recién llegado con un fuerte acento. Continuó realizando pequeños papeles en películas como "Diggstown" (El golpe perfecto )(1992), "Wyatt Earp" (1994) de Lawrence Kasdan, y empezó a atraer la atención. Realizó una magnifica interpretación en el papel de "Slov" Slovnik en "G.I. Jane" (La teniente O'Neil) (1997) en escenas de intensa confraternización con Demi Moore.

Sin embargo, el papel que le dio fama fue otra interpretación de un militar, el amenazador pacifista del soldado Witt en "The Thin Red Line" (La delgada línea roja) (1998) de Terrence Malick, dando réplica a estrellas de la talla de Sean Penn, Nick Nolte, y Adrien Brody. Su asombrosa capacidad para mezclar una sentida introspección con la acción y la fuerza física se hizo patente los años siguientes en proyectos como el western de la Guerra Civil de Ang Lee "Ride With the Devil" (Cabalga con el diablo) (1999), y en el ingenioso thriller de Gregory Hoblit titulado "Frequency" (2000), en el que interpretaba a un angustiado hijo que se reencuentra con su padre (Dennis Quaid) fallecido hace 20 años. En 2001 protagonizó junto a Jennifer Lopez in "Angel Eyes" (Mirada de ángel) dirigida por Luis Mandoki. Poseía todos los registros que se necesitan para interpretar a Edmundo Dantes en la adaptación que hizo Kevin Reynolds de la novela de Alejandro Dumas "El Conde de Montecristo" (2002), y a un héroe de guerra que tiene que enfrentarse a un cargo de asesinato en el drama de Carl Franklin "High Crimes" (Toda la verdad) (2002), junto a Morgan Freeman y Ashley Judd.

Se puede decir que el papel que Jim interpretó en "The Passion of The Christ" (La Pasión de Cristo) fue una enorme prueba tanto en el plano físico como emocional. El actor fue escogido para el papel porque estaba dispuesto a entregarse al cien por cien en este proyecto de proporciones únicas.

En 2004, Caviezel trabajó con Robin Williams y Mira Sorvino en la cinta de Omar Naim "Final Cut" (La memoria de los muertos) y con Claire Forlani y Jeremy Northam en "Bobby Jones: Stroke of Genius" (Bobby Jones: La carrera de un genio) de Rowdy Harrington. Pronto podremos verle en "Unknown" (Mentes en blanco) con Barry Pepper y Greg Kinnear.

En actualidad está rodando su próxima película titulada "Outlander" en Nueva Escocia.