Родилась в
Ганновере в семье военного музыканта, который стремился дать своим пятерым детям музыкальное образование. В
1772 г. по приглашению своего старшего брата
Уильяма Гершеля приехала в Англию и на оставшиеся сорок лет его жизни стала его неотлучной помощницей.
В первые восемь лет совместной жизни, пока Уильям Гершель ещё занимался музыкой, Каролина выступала в качестве певицы во всех его музыкальных сочинениях. По мере усиления астрономических занятий Гершеля Каролина оказалась вовлеченной и в них, ассистировала Гершелю в наблюдениях и вела их записи. В свободное время Каролина Гершель самостоятельно наблюдала небо и уже в 1783 г. открыла три новых
туманности. В
1786 г. Каролиной Гершель была открыта новая
комета — первая комета, обнаруженная женщиной; за этой кометой последовали еще несколько.