Nagybirtokos család sarja, Károlyi László és Szinyi Klára árvaságra jutott leánya. Bethlen Gáborral eredetileg 1605. április 24-re tűzték ki az esküvőjüket, de a vőlegény hadi elfoglaltságai miatt a menyegzőt csak augusztusban tartották meg Bocskai István fejedelem jelenlétében[2]Szatmáron.[3]
A mélyen vallásos, puritán lelkületű asszony jó társa és segítője volt férjének; nem csak a magángazdaságuk ügyeit intézte, hanem a kincstári ügyekben is intézkedett. Fennmaradt például a szepesi kamarához írott levele, amelyben a kassai nyomdászmester fizetéséről intézkedett.[4] A politikai ügyekbe is beavatkozott: amikor a fejedelem foglyul ejtette Zichy Pált, és nagy összegű váltságdíjat kért szabadon bocsátásáért, Károlyi Zsuzsanna közbenjárására mérsékelte követelését.[5] Férjével együtt támogatta a református diákok németországi egyetemekre küldését.[6] 1621-ben tevékeny szerepet játszott a morvaországianabaptisták (habánok) Erdélybe telepítésében.
1622-ben még megérte férje diadalmas visszaérkezését Kolozsvárra a három évig tartó Habsburg-ellenes hadjáratból, de akkor már súlyosan beteg volt. Betegsége alatt Bethlen Gábor számtalan jelét adta törődésének, többek között még politikai ellenfelének, Pázmány Péternek is levelet írt valami medicamentumokért. A fejedelemasszonyt országos gyász és hatalmas pompa mellett temették el a gyulafehérváriszékesegyházban; a szertartássorozat több mint egy hónapig tartott.[7]
Férjéhez írott levelei értékes művelődéstörténeti dokumentumok.[8] Levelezésük gyengéd érzelmekről tanúskodik: Bethlen „Édes Susá”-nak és „szerelmes
szívemnek” szólította.[9]