קרוליין לוקרציה הרשל נולדה בהאנובר גרמניה. בגיל 10 חלתה קרוליין במחלת הטיפוס שמנעה את צמיחתה הפיזית. אבי המשפחה עודד את ילדיו ללמוד והעניק לכולם חינוך מוזיקלי עשיר. בין קרוליין, אביה ואחיה וויליאם היו קשרים משפחתיים טובים וקרובים מאוד. לאחר מות אביהם ויליאם שכנע את אימם ואחיהם לאפשר לקרוליין להצטרף אליו לאנגליה שם עבד כמורה למוזיקה. קרוליין למדה אצלו שירה, והופיעה כזמרת וכסולנית וקצרה הצלחה בתחום. בהמשך זומנה קרוליין להשתתף כסולנית בפסטיבל ברמינגהאם, אולם משסירבה להזמנה זו ויתרה על קריירה מוזיקלית עצמאית. אחיה ויליאם שיתף את קרוליין בעיסוקו באסטרונומיה ובמידע שרכש בתחום. במהרה "נדבקה" ממנו בהתלהבות ועזרה לאחיה בבניית טלסקופים ובעריכת תצפיות באמצעותם. אחיה בנה עבורה 2 טלסקופים,  ובזמן שלא היה זקוק לעזרתה היא ערכה תצפיות משל עצמה.

תגליותיה בין השנים 1783-1797 כללו גלקסיה לווין של גלקסיה אנדרומדה ו-8 כוכבי שביט.

קרוליין ערכה קטלוג אסטרונומי של כל גופי השמים שהיו ידועים בתקופה ההיא, על סמך הקטלוג של ג’ון פלמסטיד שהיה מוצלח באותה תקופה.  החברה המלכותית הבריטית הוציאה לאור את הקטלוג שערכה בשנת 1798.

בשנת 1822 אחיה נפטר וקרוליין חזרה לעיר הולדתה, שם המשיכה בעבודה המדעית וערכה תצפיות נוספות. קרוליין נפטרה בשנת 1848 בגיל 98 ונקברה בארץ מולדתה.