Il territorio di Caravonica è situato lungo il fianco destro della valle del torrente Trexenda, quest’ultimo tributario del torrente Impero.
Situato in una posizione più arretrata rispetto all’importante arteria stradale della statale 28 del Colle di Nava, il borgo di Caravonica in epoca passata costituiva una tappa obbligata, un unico percorso per le carovane che dalla costa imperiese dovevano raggiungere l’entroterra e, valicando il Colle San Bartolomeo, la valle Arroscia e quindi il Piemonte: la cosiddetta “Via Marenca”. E proprio collegandosi alla parola “carovana” potrebbe derivare il toponimo del comune o, come da un’antica tradizione popolare e contadina, invece da una bella fanciulla di nome Nice che dai suoi canti tra i pascoli e i boschi del territorio nacque l’appellativo de Cara vox Nice (“La cara voce di Nice”) e da qui “Caravonica”.
Il villaggio di Caravonica fu frequentato già in epoca romana, interessato successivamente dalle incursioni barbariche e, verso la metà del VII secolo, sotto il dominio dei Longobardi. Con i Franchi il borgo fu sottoposto alla giurisdizione amministrativa della Marca Arduinica e religiosamente nei possedimenti della diocesi di Albenga. Citato ufficialmente per la prima volta in un documento del 1150, a cinque anni prima risale l’atto vescovile di Odoardo nel quale concesse ai conti Raimondo e Filippo di Ventimiglia la riscossione dei proventi delle decime ecclesiastiche nei territori della valle del Maro e dell’Impero, e quindi pure di Caravonica (1145).
Possedimento dei conti ventimigliesi il borgo è citato ancora nel 1156 nei carteggi del conte e signore del Maro Ottone di Ventimiglia e nel 1233 quale partecipante alla fondazione del feudo di Pieve di Teco. Al 1424 risale l’indipendenza della locale chiesa parrocchiale di San Michele dalla matrice pieve dei Santi Nazario e Celso di Borgomaro passando sotto una gestione religiosa alternata tra la curia vescovile ingauna e la Santa Sede. Tra i secoli XV, XVI e XVII il territorio caravonichese fu la residenza dei locali marchesi di Caravonica, un ramo minore dei conti di Ventimiglia, che a ponente della parrocchiale del borgo eressero la loro dimora-castello; quest’ultima fu danneggiata negli scontri napoleonici di fine Settecento e definitivamente demolita in epoca successiva per motivi statici e di sicurezza.
Il santuario di Nostra Signora delle Vigne lungo la strada per il Colle San Bartolomeo
Unito nei possedimenti del duca Emanuele Filiberto I di Savoia dal 1575, nel Seicento Caravonica patì come altri luoghi del Maro e del ponente ligure gli scontri tra gli eserciti del Ducato di Savoia e della Repubblica di Genova, soprattutto nella guerra del 1625. Nel giugno del 1706 il borgo ospitò la duchessa Anna Maria di Orléans, moglie di Vittorio Amedeo II, che stava fuggendo dalla città di Torino assediata dai Francesi portando con sé i figli e, pare, la Sacra Sindone.
Legato alla dominazione del Regno di Sardegna fu lo sviluppo economico e sociale che ebbe il territorio anche grazie alle nuove e modernizzate vie di collegamento tra la costa ligure e il Piemonte: la Via Regia. Interessato nelle guerre napoleoniche del 1794 e di quella più sanguinosa del 1799 (ingenti furono le perdite tra gli schieramenti contrapposti francesi e piemontesi), il territorio di Caravonica confluì tra il 1801 e il 1803 nella Repubblica Ligure andando a costituire il II cantone di Val di Maro nella Giurisdizione degli Ulivi. Nel 1804 gli fu unita la municipalità di San Bartolomeo d’Arzeno.
Annesso al Primo Impero francese, dal 13 giugno 1805 al 1814 il territorio venne inserito nel Dipartimento di Montenotte sotto l’arrondissement di Porto Maurizio.
Nuovamente inglobato nel Regno di Sardegna dal 1815, così come stabilito dal Congresso di Vienna del 1814, e scorporato il ricostituito ente municipale di Arzeno, confluì nel Regno d’Italia dal 1861. Dal 1859 al 1927 il territorio fu compreso nel I mandamento di Borgomaro del circondario di Porto Maurizio facente parte della provincia di Porto Maurizio e, con la sua costituzione, della successiva provincia di Imperia. Gli ultimi aggiustamenti territoriali del comune di Caravonica risalgono al 1929 quando inglobò la frazione di San Bartolomeo dal comune di Arzeno d’Oneglia (soppresso e unito al comune di Cesio).
Dal 1973 al 31 dicembre 2008 ha fatto parte della Comunità montana dell’Olivo e, con le nuove disposizioni della Legge Regionale n° 24 del 4 luglio 2008, fino al 2011 della Comunità montana dell’Olivo e Alta Valle Arroscia.