Die Familie seiner Mutter stammt aus Irland, die seines Vaters aus Italien.
Er studierte an der Glasgow School of Art, während dieser Zeit versuchte er sich auch als Sänger in einer Punk-Rock Band.
Sein Filmdebüt gab Capaldi in dem Film Local Hero 1983 seit dem spielte er in vielen Filmen und Serien mit. Seine bekannteste Rolle ist die des Malcolm Tuker in der Serie "The Thick of it", für die er mehrere Auszeichnungen bekam.
Bevor er die Rolle des 12. Doctors in Doctor Who 2014 bekam, hatte er bereits zwei frühere Aufritte in dem Serienuniversum. Zuerst, 2008, als Nebenfigur in der Episode, "Die Feuer von Pompeji" und mit der Rolle des John Frobisher in der dritten Torchwood Staffel: "Kinder der Erde", womit er auch internationales Aufsehen erregte.
Capaldi ist verheiratet und hat eine Tochter.