Каролина воспитывалась в семье врачей. Когда ей было 2 года, ее родители развелись. Каролина росла вместе с 5 сводными сестрами и братьями. Окончив школу «Вальдорф», она решила учиться драматическому искусству в Академии «Ernst Busch». Однако в 1995 году Каролина ходила не только на занятия по актерскому мастерству, но и на хореографию.
Агенты по подбору актеров впервые обратили внимание на юную Каролину, когда ей было всего 11 лет. Она исполнила небольшую роль в фильме «Ferien jenseits des Mondes». Через 4 года Херфурт вновь оказалась на съемочной площадке. На этот раз ей предложили работу в фильме «Crazy», сценарий к которому был написан по одноименному роману Бенджамина Леберта. Немецкому автору на момент экранизации его творения было 17 лет.
Каролина в 15-летнем возрасте появилась на большом экране. Широкому зрителю юное дарование открылось в таких картинах, как «Девочки сверху», «Девочки снова сверху», «Меня зовут Бах», «Принцесса на каникулах».
В 2006 году к Каролине Херфурт пришла мировая известность благодаря нашумевшему фильму «Парфюмер: История одного убийцы» по одноименному роману Патрика Зюскинда. В 2008 году актрисе досталась роль в новой экранизации. На этот раз фильм был снят по бестселлеру «Чтец», написанному Бернардом Шлинком. В этом проекте Каролина работала вместе с Кейт Уинслет и Рэйфом Файнсом.
В 2008 году вышел фильм «Зимой будет год», где Каролина Херфурт исполнила главную роль. А в 2009 году правительство Баварии присудило ей ежегодную премию «Bayerischer Filmpreis» за выдающиеся достижения в киноискусстве. Кроме того, Общество немецких кинокритиков также отметило работу Каролины и присудило ей приз в категории «Лучшая актриса».
Еще одну главную роль актриса исполнила в фильме «Берлин 36», который вышел в 2009 году. Херфурт предстала перед зрителями в образе немецкой бегуньи с еврейскими корнями Гретель Бергман. В 2010 году появился фильм о вампирах «Вкус ночи», где Каролина Херфурт сыграла с Максом Римельтом - напарником по такому кинопроекту, как «Девочки сверху».
Каролина Херфурт снималась также в таких фильмах, как «Другая лига», «Сексуальная революция», «Винсент хочет к морю», «Крепость», «Страсть», «Зачетный препод» и других.
Актриса в 2012 году написала сценарий для короткометражного фильма «Mittelkleiner Mensch». В этом же проекте она выступила и в качестве режиссера. В роли продюсера Каролина попробовала себя во время работы над короткометражным фильмом «Stavanger».
