Nascida e criada em Oslo, Caroline jogou no clube local Lyn até aos 15 anos. A Caroline estreou-se pela seleção Norueguesa em 2011, a jogar na posição de extremo, e em 2013 fez parte da equipa que conquistou a medalha de prata no UEFA Women’s Euro™. Foi uma das 10 finalistas do Prémio Jogadora do Ano da UEFA em 2019, bem como uma das 10 finalistas do prémio FIFA Best, o que é demonstrativo do amplo reconhecimento de que a Caroline é uma jogadora destacada no palco internacional.

Atualmente, Caroline joga no FC Barcelona, tendo vencido a Final da Liga dos Campeões Feminina da UEFA de 2020/21.