El padre de Caproli era de Poli, un feudo de la familia Conti situado al este de Roma no lejos de Tivoli. Se estableció en Roma cerca de la Plaza Navona y es descrito en el registro de la parroquia de San Eustachio en 1625 como 'erbarolo' (persona que vende hierbas o que las cultiva). Carlo Caproli probablemente es el ‘Carlo del Violino' que fue contratado para las presentaciones de la Santa Teodora dadas por la familia Barberini en 1636. Llamado también “Caprioli del violino” por su asombrosa técnica que le permitía hacer verdaderas cabriolas. Desde 1638 fue considerado como maestro di cappella, y hasta 1643 regularmente organizó la música para la fiesta del santo patrono de la iglesia de San Girolamo degli Schiavoni.

En septiembre de 1643 fue nombrado segundo organista por el Collegio Germanico en Roma bajo la autoridad de Carissimi. El 15 de noviembre de 1644 llegó a ser también aiutante di camera del Cardenal Camillo Pamphili, sobrino del Papa Inocencio X, dejando ese puesto en  abril de 1647. Entre 1649 y 1661 fue violinista bajo la autoridad de Luigi Rossi en San Luigi dei Francesi; su primera aparición allí como violinista especialmente comprometido para la ocasión, fue el 25 de agosto de 1652.

Edición discográfica con dos obras de Carlo Caproli

A partir de 1653, estuvo también al servicio del príncipe Ludovisio Pamphili, que quedó muy descontento cuando en 1654 Caproli (animado por su libretista Francesco Buti y por el cardenal Barberini) se fue a París, dónde había sido invitado por el cardenal Mazarino para producir una ópera cómica. “Le nozze di Peleo et di Teti” (perdida, salvo el libreto de Buti) fue dada nueve veces en el Petit Bourbon, París, en abril y mayo de 1654, las últimas dos de las cuales fueron presenciadas por el público general por invitación del rey. El título de 'maître de la musique du cabinet du Roy' que recibió de Luis XIV con todos los privilegios que lo acompañaban sugiere que el propio Caproli puede haber dirigido las presentaciones. El propio joven  Luis XIV participó en los ballets de Lully que seguían a cada escena de la ópera.

En 1655 Caproli volvió a Roma, donde dirigió la música una vez más para la fiesta de San Girolamo. Considerado como uno de los mejores violinistas de la ciudad, fue contratado por muchos maestros di cappella para tocar en ocasiones musicales especiales, incluyendoso actuaciones en San Luigi dei Francesi y Santa María Maggiore, y fue comprometido por el Cardenal Chigi para tocar para las Vísperas del 8 de septiembre en Santa María del Popolo. En 1665 fue nombrado guardiano de los instrumentistas de la Congregazione dei Musici di Roma (después Accademia di Santa Cecilia). Prestó su órgano para la música interpretada el 22 de noviembre de ese año para la fiesta de Santa Cecilia. En 1667 puso música a una cantata de Giovanni Lotti para Antonio Barberini (la música se perdió) y de nuevo tomó parte en las Vísperas del 8 de septiembre en Santa María del Popolo.

Fue un prolífico compositor de cantatas para solistas y para conjunto (muchos utilizando instrumentos) y escribió por lo menos cinco oratorios entre los que uno solo (“David' prevaricante e poi pentito”, 1683) sobrevive. Se le considera uno de los principales compositores italianos de cantatas de mediados del siglo XVII.