Le flic rouquin de miami est né le 7 avril 1960 à Miami. Il est diplômé de l'Université de Floride, en biologie. Les incendies et les explosions sont sa spécialité.
On sait également qu'il a été maltraité durant son enfance par son père et qu'il est divorcé.
À l'âge de 17 ans, il a perdu sa mère (assassinée par des trafiquants de drogue à qui elle a tenu tête). Voulant absolument retrouver son meurtrier, il s'engage dans la police. Mais il s'ennuie très vite et s'aperçoit que les crimes sont souvent résolus grâce à la police scientifique, ce qui lui donne envie de changer d'orientation. Il s'inscrit à l'université et en ressort quatre ans plus tard, un diplôme de Biologie en poche. Il devient alors criminaliste de niveau un à la police de Miami.
Las de la bureaucratie, il menace de tout plaquer. Al Humphries vient à son secours en lui offrant de le former commandant en second au sein de la brigade antiterroriste. Humphries devient le père que Caine n'a jamais eu mais il mourra dans le 2ème épisode de la saison 1.
Lorsque Megan Donner démissionne de son poste, Horatio accepte de la remplacer à la tête du labo criminel.
Étant très logique, Caine est capable de comprendre très rapidement comment les pièces d'un puzzle s'emboîtent les unes aux autres. Conscient que la science est la clé de chaque affaire, il sait aussi que les éclaboussures de sang et l'ADN ne sont pas tout pour résoudre un crime.
Lorsqu'il s'agit de protéger sa ville, Horatio se fie non seulement à la science, mais aussi à ses propres instincts.
Horatio a un frère, Raymond Caine, qui était lui aussi au service de la justice . En effet, ce dernier travaillait à la brigade des stupéfiants. Au début, il dut prouver son bon vouloir devant les dealers en goûtant la drogue à laquelle il est vite devenu dépendant. Il s'éloigna alors de sa femme, Yelina Salas (policière elle aussi) ainsi que de leur fils Ray Junior. Horatio prit soin d'eux, pensant son frère mort mais il apprend qu'il est encore en vie dans le dernier épisode de la saison 1. Horatio envoie alors son frère, sa femme et son fils au Brésil pour les mettre en sécurité.
Horatio Caine et Marisol Delko se marient, mais la peine vient les prendre par surprise car Marisol se fait tuer par un trafiquant de drogue alors qu'elle se trouvait avec son frère Eric Delko. Très affecté, Horatio poursuivra son assassin jusqu'au Brésil. Ils le retrouvent mais hélas le frère d'Horatio est cette fois vraiment assassiné sous les ordres de l'assassin de Marisol Delko Caine.
Il a aussi un fils, nommé Kyle Harmon, qu'il découvre lors d'une enquête sur le meurtre d'un contrôleur judicaire. Horatio a rencontré la mère de Kyle lorsqu'il était militaire et faisait parti de la brigade spéciale anti-terroriste.
Il ne supporte pas la hiérarchie, et fait tout son possible pour protéger son équipe. Il est impitoyable avec les assassins, mais d'une gentillesse rare envers les victimes, et les enfants.