Cresciuto a Parigi, l'attore franco-turco è noto al grande pubblico soprattutto per i personaggi interpretati nei film Innamorati cronici e Nikita ma vanta molte altre apparizioni in una lunga serie di film. Lavorando con registi come Griffin Dunne ( Innamorati cronici) e Luc Besson ( Nikita) ha sperimentato diversi modi di fare cinema, e la partecipazione, nel 1999 al film tratto dal celebre videogame Wing Commander è stata per lui un'esperienza molto particolare. Karyo è apparso anche in molti programmi per la TV via cavo, come quelli per la HBO, From the Heart to the Moon e And the Band Played On e lo show The Sketch Artist. Fra i film di lingua inglese interpretati da Karyo vanno ricordati: Goldeneye, Quando gli elefanti volavano, 1492: La conquista del paradiso. L'attore ha anche preso parte a diversi film francesi ( Doberman di Jan Kounen, L'orso di Jean-Jacques Annaud, Le notti della luna piena di Eric Rohmer, i più famosi) e italiani (La villa del venerdì di Mauro Bolognini, Va' dove ti porta il cuore di Cristina Comencini, Albergo Roma di Ugo Chiti). Karyo ha lavorato ancora con Besson in Giovanna d'Arco. Di recente l'abbiamo visto in diversi film: L'erba di Grace di Nigel Cole, Il patriota di Roland Emmerich con Mel Gibson, Le roi danse di Gérard Corbiau, Blade 2: Bloodlust accanto a Wesley Snipes e Kiss of the Dragon accanto a Bridget Fonda.
Recentemente è apparso nei film Special Forces - Liberate l'ostaggio accanto a Diane Kruger, e Il cammino per Santiago, con Martin Sheen ed Emilio Estevez. Nel 2013 è inoltre tra i protagonisti del film di Nicolas Vanier Belle & Sebastien. Nel 2014 è protagonista nella serie televisiva The Missing, due anni dopo torna nel sequel Belle & Sebastien - L'avventura continua.