Кароліна Поліксена народилась 4 квітня 1762 року в замку Бібріх другою дитиною та старшою донькою в родині спадкоємного принца Нассау-Узінгена Карла Вільгельма та його дружини Кароліни Феліції Лейнінген-Дагсбург-Фалькенбурзької. Князівством в цей час правив її дід Карл, одружений другим морганатичним шлюбом.
Мала старшого брата Карла Вільгельма, який помер, коли їй не виповнилося і року. Згодом народилася молодша донька Луїза Генрієтта[1] та син, який прожив недовго.[2]
У 1775 році батько став правлячим князем Нассау-Узінгена.
У 24-річному віці Кароліна Поліксена стала дружиною 39-річного принца Гессен-Кассельського Фрідріха. Наречений доводився молодшим братом правлячому ландграфу Вільгельму I та в минулому був вояком данської армії. Весілля відбулося 2 грудня 1786 у Бібріху. Оселилися молодята у замку Румпенхайм, де закінчувалася реконструкція. У шлюбі народила восьмеро дітей:
Августа (1797—1889) — дружина герцога Кембриджського Адольфа Фредеріка, мала трьох дітей.
У 1790-х її чоловік певний час перебував на голландській службі, і родина жила у Маастріхті, де він був губернатором. Згодом вийшов у відставку. У 1803 році отримав право на титул ландграфа, після того, як його старший брат проголосив себе курфюрстом Гессену.
Кароліна Поліксена пішла з життя у 61-річному віці 17 серпня 1823 року. Була похована в мавзолеї Румпенхайму в Оффенбаху. У лютому 1864 року всі поховання з мавзолею були перенесені до могили за замковою кірхою.[3]
