Caroline naît et grandit à Oslo, où elle joue pour le club local Lyn jusqu’à l’âge de 15 ans. En 2011, Caroline commence à jouer pour la Norvège en tant qu’ailière. En 2013, elle remporte l’argent avec son équipe lors de l’EURO™ féminin de l'UEFA. Elle est sélectionnée dans le top 10 pour le prix de la Joueuse de l’année de l’UEFA en 2019, ainsi que dans le top 10 pour la meilleure joueuse de la FIFA. Ces sélections prouvent à quel point Caroline est reconnue comme une joueuse clé sur la scène internationale.

Caroline joue désormais sous les couleurs du FC Barcelone qui a remporté la Finale de la Ligue des champions de l’UEFA 2020/21.