Родился в семье генерала Дмитрия Николаевича Караваева (1818—1883) и Марии Христиановны (Христофоровны) Бушен (1828—1883). В 1878 году окончил Пажеский корпус. Служил в лейб-гвардии Конно-артиллерийской бригаде.
Сын Дмитрий (муж Елизаветы Пиленко) в 1920 году принял католичество, и в 1923 году был выслан из страны. По вызову Папы Римского уехал в Рим, стал католическим священником. Другой сын — Борис — работал после революции врачом-гомеопатом, в 1941 году был арестован и погиб при перевозке на Ладожском озере. Сын Михаил был востоковедом, после революции жил в Варшаве. В 1945 году вернулся в Советский Союз, отсидел восемь лет в лагерях, потом преподавал латынь в Саратовском университете. Дочь Владимира Дмитриевича была медсестрой.
В 1883 году окончил военно-юридическую академию. 22 июня 1884 переведен в чине штабс-капитана в военно-судебное ведомство. С 25 декабря 1890 — военный следователь Петербургского военного округа.
С 1890 экстраординарный профессор уголовного права Военно-юридической академии. С 5 февраля 1895 — ординарный профессор. Генерал-майор (1901). Член Юридического общества при Петербургском университете. В 1905 получил звание заслуженного профессора военно-юридической академии и вышел в отставку.
В 1897—1906 годах гласный Бежецкого уездного и Тверского губернского земского собрания. С 1903 года — гласный Санкт-Петербургской городской думы. В 1904—1905 годах входил в Союз земцев-конституционалистов. В январе 1904, по требованию министра внутренних дел В. К. Плеве, был вынужден сложить звание гласного Тверского земства и Санкт-Петербургской городской думы. Осенью того же года в звании земского гласного восстановлен. Участвовал в частных совещаниях земских деятелей, в земских съездах. Основатель партии демократических реформ.
Депутат Государственной думы первого и второго созывов от Тверской губернии. Получил известность благодаря выступлению против смертной казни. Выборы в Думу третьего созыва проиграл.
С 1908 года — профессор высших женских курсов. С 1908 года приват-доцент, а затем — профессор юридического факультета Санкт-Петербургского университета. С 1909 присяжный поверенный Санкт-Петербургской судебной палаты, выступал защитником на многих политических процессах.
В 1911—1916 гг. редактор отдела уголовного права и один из авторов энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона.
В годы первой мировой войны 1914—1918 годов член Петроградского городского комитета Всероссийского союза городов, председатель ревизионной комиссии Всероссийского земского союза, член Центрального Военно-промышленного комитета. С 1915 года он состоял членом редакции журнала «Вестник Европы» и вел в нем отдел «Вопросы внутренней жизни».
Принимал участие в работе масонских организаций. Член лож «Заря Петербурга» (1909), «Полярная Звезда» (1908—1909).
После Февральской революции назначен Временным правительством сенатором первого департамента Сената. В августе 1917 на совещании общественных деятелей в Москве избран в Совет общественных деятелей. От этого совета избран в октябре 1917 в Предпарламент.
В марте 1919 уехал из России, некоторое время пробыл в Стокгольме, а с мая 1919 жил в Гельсингфорсе. Входил в состав Политического совещания при генерале Юдениче. Осенью 1919 переехал в Нарву, где заведовал продовольственным обеспечением Северо-Западной армии. После создания правительства С. Г. Лианозова отказался войти в него, из-за несогласия с коалиционным составом правительства и его курсом на признание независимости отделившихся от России окраинных государств. В конце ноября 1919 г., из-за поражения белых в северо-западном районе России, вернулся в Гельсингфорс.
Жил в эмиграции в Париже. Принимал участие в различных общественных начинаниях, в частности в Русской академической группе Эмигрантского комитета, Союзе русских писателей и журналистов, в Объединении русских адвокатов во Франции. Преподавал во франко-русском институте и Парижском университете.
Удостоен ряда высших российских орденов: Св. Станислава 2-й и 3-й степеней, Св. Анны 2-й и 3-й степеней, Св. Владимира 3-й степени.
Посвящен по рекомендации Кандаурова и Макшеева, после опроса, проведенного Шереметевым, Слиозбергом и Аитовым 10 февраля 1923 в Достопочтенную Ложу «Астрея» № 500 Великой Ложи Франции. Возведен во 2-ю и 3-ю степени 24 февраля 1923. Депутат в Великой Ложе Франции в 1924—1926. С 1924 также член ложи «Гермес», член — основатель ложи. Дародатель ложи до кончины. Знаменосец и юридический делегат ВЛФ с 1927, до кончины.Член Капитула «Астрея» Верховного Совета Франции.Возведен в 4-ю степень 6 октября 1923, в 9-ю степнь — 3 мая 1924, в 14-ю степень — 22 октября 1924, в 18-ю степнь (после опроса, проведенного Н. В. Чайковским) — 2 мая 1925. Второй Страж в 1926. Первый Страж в 1927.
Умер в 1927 году. Похоронен на кладбище Банье.
С 1898 помещал ряд статей в «Праве», «Вестнике Европы», «Северном курьере», «Руси» и других изданиях. Статьи и речи, касающиеся земства и крестьянского права, в 1904 выпустил отдельной книгой: «Земство и деревня».