Отец Каролины, Густав Михаэлис (1813—1895), был преподавателем математики, изучал историю письменности, орфографии и стенографию.
В 1851 году преподавал в Берлинском университете и возглавлял Тахеографический отдел парламента Пруссии. Мать, Луиза Лобек (Luise Lobeck, 1809—1863), происходила из Штеттина, где вышла замуж в 1838 году.
В семье было 8 детей, самой младшей из них была Каролина.
С 7 до 16 лет обучалась в Высшей муниципальной женской школе Берлина.
В середине XIX века в Германии женщины не допускались к обучению в университетах, поэтому Каролина получала образование на дому, изучая классическую древнегреческую и римскую литературу, славянские, семитские и романские языки, в число которых входили португальский и арабский языки.
С 1867 года, то есть с 16 лет, начала публиковать статьи по испанской и итальянской филологии. Интерес к португальскому языку проявился позднее. Вскоре об эрудиции Каролины узнали европейские филологи. Выдающийся исследователь средневековой литературы Гастон Парис в письме к Каролине приходил к удивлению, как столь молодая 19-летняя особа обладает такими обширными знаниями, которые другим не удаётся освоить за 12—15 лет.
В переписку с молодой немкой, живо интересовавшейся культурой и литературой Португалии, вступили Теофилу Брага, Алешандре Эркулану (Alexandre Herculano) и другие. Способности к языкам позволили Каролине стать общепризнанной переводчицей в довольно молодые годы.
В 1872 году была принята на работу в качестве переводчицы в МИД Германии, Отдел по связям со странами Пиренейского полуострова.
В 1876 году вышла замуж за Жуакина де Вашконселуша (Joaquim de Vasconcelos), музыковеда и историка искусств, уроженца города Порту. Брак был оформлен в Берлине, где Вашконселуш в то время учился.
В том же году Каролина переехала в Порту.
В 1877 году провела несколько месяцев в библиотеке Дворца Ажуда, где расшифровывала средневековый манускрипт «Песенника Ажуда» . Тогда началась многолетняя кропотливая работа над первым научным изданием рукописи песенника. Труд длился 27 лет и завершился выходом комментированного двухтомника в 1904 году.
В 1911 году была приглашена для преподавания в Лиссабонский университет. Не желая покидать Порту, перевелась в ближе расположенный Коимбрский университет.
В первом издании БСЭ ошибочно указано, что Каролина «занимала кафедру в Коимбрском университете» , но в действительности была приглашённым профессором и приступила к преподаванию в Коимбре с января 1912 года, именно с того времени, когда там был создан филологический факультет. Преподавала в Коимбрском университете до февраля 1925 года.