Dopo la morte della madre, lei ed i suoi fratelli furono cresciuti dai nonni materni a Buchsweiler. Si pensò di darla in sposa al Duca di Cumberland, ma il progetto fallì. Dal canto suo, un altro candidato, il Principe Ereditario di Schwarzburg-Rudolstadt rifiutò di prenderla in sposa, dopo aver chiesto la sua mano.
Divenuta margravia di Baden, Carolina introdusse a Karlsruhe, fondata nel 1715 e divenuta la nuova sede della Corte di Baden, lo stile di corte di suo nonno. Grazie al suo impegno, la corte divenne infatti un centro di studi umanistici e culturali.
La stessa Carolina era una donna molto colta. Parlava cinque lingue ed era esperta in molte branche del sapere. Ardente ammiratrice di Voltaire, intrattenne con lui una vivace corrispondenza.
Talvolta Carolina era solita suonare il clavicembalo nella Cappella di Corte, che fu da lei e dal marito promossa e sviluppata. Inoltre fu un'artista di talento e sono sopravvissute numerose opere in sanguigna e pastello da lei stessa dipinte. Fu membro dell'Accademia di Belle Arti di Copenaghen.
La Margravia aveva una particolare predilezione per le scienze naturali e s'occupò intensamente di botanica, zoologia, fisica, medicina, mineralogia, geologia e chimica. Durante i suoi soggiorni nel Castello di Karlsruhe era solita chiudersi in uno studio ed in un laboratorio, da lei installati, in cui conduceva esperimenti. Linneo chiamò in suo onore la Pachira aquaticaPrincipessa Carolinea. La stessa Carolina pose mano al progetto di un'ampia enciclopedia botanica, dotata di illustrazioni delle specie vegetali, seguite da un'esposizione del sistema di Linneo.
Tuttavia l'impresa non andò in porto per mancanza di finanziatori. L'enorme interesse di Carolina per questa branca del sapere è data dal fatto che il botanico di Halle, Friedrich Wilhelm von Leysser s'occupò di accumulare per suo conto, nel corso degli anni, una collezione di minerali. Per quanto concerne il suo patrimonio, Carolina s'occupò personalmente della gestione delle sue proprietà, poste sulla riva destra del Reno, amministrandole con grande successo. Esigette che si coltivasse frumento, impiantò un saponificio e una manifattura di candele.
Malattia e morte
Carolina in tarda età
Nel 1779, a seguito di una caduta dalle scale, la sua salute si deteriorò. Durante un viaggio a Parigi, accompagnata dal figlio Federico, venne colpita da un ictus, spegnendosi in questa città.
Karl Obser, Karoline Luise (Markgräfin von Baden), in Allgemeine Deutsche Biographie (ADB), Band 55. Duncker & Humblot, Leipzig 1910, S. 510–513.
Claudia Kollbach, Karoline Luise von Baden-Durlach als Mutter ihrer kranken Kinder. Medizinische Praktiken als Teil der Prinzenerziehung in der zweiten Hälfte des 18. Jahrhunderts, in: "Zeitenblicke 4" (2005), Nr. 3 (Volltext)
Jan Lauts, Der Monogrammist FR von 1760: Johann Friedrich Reiffenstein und seine Schülerin Markgräfin Karoline Luise von Baden, 1982
Jan Lauts, Karoline Luise von Baden: ein Lebensbild aus der Zeit der Aufklärung, Müller, 1980
Annelis Schwarzmann, Badisches Landesmuseum Karlsruhe: Caroline Luise, Markgräfin von Baden, 1723-1783: Ausstellung anlässlich der 200. Wiederkehr ihres Todesjahres, K. Theiss, 1983