A barlangi bagolyok húsévők, étrendjük głównie kis emlősök, rovarok, hüllők, madarak és kétéltűk. Vadászatuk célpontja a zsákmánybaglyok, egerek, szőnyeghullók, bogarak, kigyók, gőzik, békák. Lehet, hogy kisebb madarakat és fészekfiakat is evésnek, valamint esetenként a skorpiókat. A barlangi bagolyok gyakran nappal vadásznak, de vadászhatnak éjjel, vagy hajnalban/estékor is.