Fayçal Karoui studierte an den Konservatorien von Saint-Maurdes-Fossés und seiner Heimatstadt Paris. Im Rahmen eines Stipendiums arbeitete er unter Michel Plasson mit dem Orchestre National du Capitole de Toulouse und wurde anschließend Plassons Assistent. 2002 wurde er zum Chefdirigenten des Orchestre de Pau Pays de Béarn ernannt. Von 2006 bis 2012 war er Dirigent des New York City Ballet, von 2012 bis 2014 leitete er das Orchestre Lamoureux in Paris. Seine umfangreichen Erfahrungen im Ballettbereich schlagen sich auch in der Zusammenarbeit mit dem Hong Kong Ballet bei Schwanensee sowie Het Nationale Ballet Amsterdam nieder, bei dem Fayçal Karoui seit 2016 regelmäßig zu Gast ist. Zu seinen jüngsten Engagements zählen außerdem Produktionen am Teatro dell’Opera di Roma, der Opéra de Paris, Opéra comique, dem Théâtre des Champs-Elysées sowie in der Cité de la Musique Paris. Er leitete zahlreiche renommierte Orchester, darunter das L’Orchestre National de France, L’Orchestre de Paris, L’Orchestre Philharmonique de Radio France, L’Orchestre de l’Opéra national de Paris, L’Orchestra Giuseppe Verdi Milano, L’Orchestra dell’Accademia di Santa Cecilia Roma, L’Orchestre de Chambre Lausanne, L’Orchestre Philharmonique de Monte-Carlo, die Hong Kong Sinfonietta und das New Japan Philharmonic Orchestra.
Fayçal Karouis Interesse, Musik einem breiten und jungen Publikum näher zu bringen, schlug sich u.a. 2015 in der Gründung eines zum Orchestre de Pau Pays de Béarn gehörenden Jugendorchesters nieder, in welchem sich 130 Kinder im Alter von 8 bis 10 Jahren gemeinsam der Erarbeitung symphonischer Musik widmen.
Im Jahr 2013 wurde Fayçal Karoui zum Chevalier de l’Ordre des Arts et Lettres ernannt. 2015 erhielt er den Prix artistique de la Fondation Simone et Cino del Duca.
Beim Wiener Staatsballett debütierte er 2014 mit dem Dirigat von Dornröschen und kehrte seither ans Pult des Orchesters der Wiener Staatsoper für die Produktionen Balanchine/Liang/Proietto, MacMillan/McGregor/Ashton, Lukács/Lidberg/Duato sowie Kenneth McMillans Mayerling und Frederick Ashtons Marguerite and Armand zurück. In der Spielzeit 2023/24 dirigiert er die Serie Im siebten Himmel mit Balletten von Martin Schläpfer, Marco Goecke und George Balanchine.