Caleb Deschanel se graduó por la Johns Hopkins University y amplió su formación en la USC Film School y en el American Film Institute antes de ser discípulo del director de fotografía Gordon Willis. Comenzó su carrera con spots de televisión, cortometrajes y documentales. Dirigió The Escape Artist en 1982 y Crusoe, en 1989. En 1990 dirigió tres episodios de la serie de David Lynch, Twin Peaks y en 2007, un episodio de Bones, protagonizada por su hija, Emily Deschanel. Sin embargo, su carrera es más destacada por su trabajo en cinematografía, rama en la cual se desempeña desde 1969. Caleb Deschanel fue nominado al BAFTA a la Mejor cinematografía por su trabajo en El corcel negro (1979), así como al premio de la Academia un total de 6 veces por Los elegidos (1983), El mejor (1984), Fly away home (1996), El patriota (2000), La pasión de Cristo (2004) y Never look away (2018). Actualmente se encuentra realizando la cinematografía de la ambiciosa adaptacion al live-action de El rey león (2019) de Jon Favreau. Es padre de las actrices Emily y Zoey Deschanel.