Le rôle qui a révélé Casper Van Dien est le premier rôle du film de science-fiction de Paul Verhoeven, Starship Troopers (1997). Encore aujourd'hui l'un des films les plus commentés de 1997, il compte parmi les plus grands films culte de l'histoire du cinéma. Il a également joué dans Sleepy Hollow (1999) de Tim Burton, salué par la critique, dans le rôle de Brom Bones. Il fut le 20e Tarzan et le seul à avoir jamais tourné en Afrique et monté un éléphant d'Afrique dans le film de Warner Bros. Tarzan et la Cité perdue (1998).

Parmi ses autres crédits cinématographiques figurent The Pact (2012), bien accueilli à Sundance. Casper y incarne un détective alcoolique à la dérive face à Caity Lotz. Il incarne un survivant post-apocalyptique dans Beyond The Wave (2015), tourné entièrement en Chine. Il partage l'affiche avec Sean Maher au sein d'un équipage de deux hommes en mission vers la fin de l'univers dans le très attendu film indépendant ISRA 88 (2016). À la télévision, il a notamment joué dans « MONK » (2008), dans le rôle d'un médecin de la Navy pour le final de la saison, et dans « Beverly Hills, 90210 » (1994).

Sa victoire la plus récente s'est faite derrière la caméra, en tant que réalisateur. Il a réalisé trois films dans lesquels il a également joué. Son deuxième film, Patient Killer, a remporté les prix du meilleur film et du meilleur réalisateur, et a été acheté et diffusé sur Lifetime.