Nata a Roma, dopo il diploma al “Centro sperimentale di Cinematografia” esordisce sul grande  schermo con il film H2Odio (2006), diretto da Alex Infascelli.

Nel 2007 è la protagonista di “Notte prima degli esami – Oggi”, di Fausto Brizzi, in cui interpreta Azzurra, accanto a Nicolas Vaporidis, con il quale, nello stesso anno, recita anche in “Cemento armato”, opera prima di Marco Martani.

Nel 2008 ritorna sul grande schermo con i film “Parlami d’amore,” tratto dall’omonimo romanzo di Carla Evangelista e Silvio Muccino.

Dal 2009 la sua carriera decolla, Carolina viene diretta dai registi più importanti del panorama nazionale come, tra gli altri Luca Lucini, Paolo Genovese, Ferzan Ozpetek, i fratelli Taviani, Laura Morante e Massimiliano Bruno.

Sul piccolo schermo interpreta il memorabile personaggio di Corinna Negri nella seconda stagione di “Boris”

Nel 2011 riceve il “Nastro d’argento” e il “Ciak d’oro” come Miglior Attrice non protagonista per “Boris – il film” e sempre nel 2011 riceve il “Nastro d’argento” anche per il film “20
sigarette”.

In televisione dal 2017 è tra i protagonisti della fortunata serie “I bastardi di pizzofalcone” diretta da Carlo Carlei e Alessandro D’Alatri.

Nel 2018 è tra le protagoniste di “A casa tutti bene” diretta da Gabriele Muccino, “Sconnessi” di Christian Marazziti e “Illuminate – Krizia” docu-film per la Rai diretto da Gianfranco Giangi.

Sempre nel 2018 ha fatto parte della Giuria della sezione “Opera Prima Luigi De Laurentiis” alla 75ª Mostra internazionale d’arte cinematografica di Venezia.

Ha da poco terminato le riprese di “Letto n°6” di Milena Cocozza.