Urodziła się 24 kwietnia[1] 1882[2] jako córka Ireny z Sulistrowskich i Jana Aleksandra Karłowicza (1836–1903), wybitnego etnologa i językoznawcy. Jej rodzina zamieszkiwała w rodzinnym majątku Sulistrowskich w Wiszniewie. W 1882 rodzina Karłowiczów sprzedała majątek i zamieszkiwała początkowo w Heidelbergu, potem w 1885 w Pradze i w 1886 w Dreźnie, by ostatecznie w 1887 osiedlić się w Warszawie. Jej bratem był Mieczysław (1876–1909, kompozytor, dyrygent, taternik)[3], a siostrą Wanda (jej mężem został Zygmunt Wasilewski, krytyk literacki, działacz polityczny, senator RP)[4].
Ukończyła studia, uzyskując tytuł inżyniera[1] rolnictwa[5]. Zainicjowała powstanie szkoły gospodarczej dla dziewcząt ze wsi wiejskich z obszaru Małopolski Wschodniej od 1905[2]. Ideę wspierały wychowanki Szkoły Pracy Domowej Kobiet w Kuźnicach koło Zakopanego, w tym dwie z nich: Julia Łukaszewska i Maria Wiśniewska, które utworzyły Kółko Kuźniczanek, zbierające środki finansowe na rzecz powstania szkoły, otwartej w 1906 w Olesku[2]. Następnie szkoła została przeniesiona do miejscowości Pietrycze, a w 1911 do Białego Kamienia[2]. Janina Karłowicz i Wanda Czartoryska (przewodnicząca Towarzystwa Gospodarczego Wykształcenia Kobiet od 1911) realizowały pomysł utworzenia wyższej uczelni dla kobiet; w tym celu Karłowiczówna przekazała własny areał położony w Snopkowie pod Lwowem (posiadała tam majątek wraz z siostrą[6]), a Czartoryska przekazała środki finansowe, grunt folwarku Bielosko na rzecz towarzystwa oraz opiekowała się kierowniczką szkoły do 1920[2]. Pod koniec I wojny światowej wzięła udział w obronie Lwowa w trakcie wojny polsko-ukraińskiej, pełniąc służbę sanitarną i pomocniczą w szpitalu politechniki[1]. W powstałej szkole Janina Karłowicz została nauczycielką oraz kierowała internatem, a od 1920 pełniła funkcję dyrektora Seminarium Gospodarczego w Snopkowie (przed nią urząd sprawowała Maria Dewicz)[2]. Podczas organizowania placówki, w której nauka trwała dwa lata, czerpała z doświadczeń własnego kształcenia w Kuźnicach oraz odbytych praktyk za granicą[2]. Projektantem budynku szkoły był architekt Jan Bagieński. Motto szkoły brzmiało: „Szanuj, służ i siej”[3].
W kolejnych latach placówka funkcjonowała pod nazwami: Główna Szkoła Gospodarcza Żeńska (1925–1935), Prywatna Szkoła Gospodarcza Żeńska (1935–1938), a w ostatnich dwóch latach (1938–1939) jako Prywatny Instytut Gospodarczego Kształcenia Kobiet im. Janiny Karłowicz[2]. Po przekazaniu przez Karłowiczównę dalszego gruntu, w 1926 powstała na nim ochronka[2]. W 1934 szkoła otrzymała Krzyż Obrony Lwowa[7].
W 1936 wydała publikację pt. Snopków. Początki rozwoju i trudności[8].
Po jej śmierci stworzona przez nią szkoła w dwóch ostatnich latach istnienia II Rzeczypospolitej od 1938 do 1939 działała pod nazwą Prywatny Instytut Gospodarczego Kształcenia Kobiet im. Janiny Karłowicz, która miała wówczas status wyższej uczelni nieakademickiej (kierowniczka: Halina Bierówna)[2]. Ku jej czci przemianowano ulicę Snopkowską na Janiny Karłowiczówny (obecna nazwa Stusa). Została także upamiętniona tablicą pamiątkową umieszczoną w domku loretańskim w Krakowie[7].