Była córką księcia legnicko-brzeskiego Chrystiana II i księżniczki anhalckiej Ludwiki. Urodziła się 2 grudnia 1652 roku w Brzegu. Nikt wcześniej w dziejach jej dynastii nie dostał tak oryginalnego imienia. Została wszechstronnie wykształcona. Kiedy jej trzej starsi bracia umarli, w wyniku różnych chorób przed 15. rokiem życia, wiadomo już było, że dynasta Piastów zakończy się wraz z dniem śmierci księżniczki Karoliny.
Mając 20 lat, wbrew woli matki, potajemnie wyszła za mąż za oficera armii austriackiej, księcia Fryderyka von Holstein-Sondenburg-Wiesenburga. Wtedy przeszła na katolicyzm. Małżeństwo nie przetrwało próby czasu, po 6 latach małżonkowie zdecydowali się na separację.
Od tego czasu Karolina zamieszkała w domu książąt brzesko-legnickich we Wrocławiu. Obecnie jest to budynek Instytutu Historii, Filologii Klasycznej i Historii Sztuki Uniwersytetu Wrocławskiego. Żyła sama, skromnie, pomagała słabszym.
Księżniczka Karolina, ostatnia przedstawicielka rodu Piastów Śląskich, zmarła w 24 grudnia 1707 roku, w trakcie trwania wojny domowej między zwolennikami dwóch królów elekcyjnych: Augusta II i Stanisława Leszczyńskiego.
Pochowano ją w klasztorze Cysterek w Trzebnicy, jej serce natomiast spoczęło w srebrnej urnie, w kaplicy św. Jadwigi we Wrocławiu.
Pragnęła by jej serce pochowano tam, gdzie spoczywają inni Piastowie. Oczywiście z czasem w urnie został tylko proch. Ale w roku 1997, w wyniku badań konserwatorsko-archeologicznych prowadzonych w Trzebnicy przy grobie św. Jadwigi, odkryto grób Karoliny - z jej szkieletu została jedna kostka. Przeniesiono ją i tu została uroczyście pochowana - wyjaśnia siostra Dorota Mostowska z zakonu Urszulanek.