ASP.NET Web API (with MVC) の場合 OutputCache が使えないらしい。
ASP.NET Web API CacheOutput を Nuget でインストールすれば、簡単に使えます。
Web API 2 (.NET 4.5) は、「Strathweb.CacheOutput.WebApi2」をインストール。
CacheOutput で制御できます。
詳細なオプションや使い方は、ASP.NET Web API CacheOutput で。Apache v2 ライセンスで公開されています。
(via c# – How to use caching in ASP.NET Web API? – Stack Overflow)