En el 2002 apareció en la película alemana Big Girls Don't Cry donde interpretó a Steffi, una joven quien junto a su mejor amiga planean vengarse de la amante del padre de Kati (Anna Maria Mühe), luego de descubrir la aventura.
En el 2003 dio vida a la princesa Amalie en la película Mein Name ist Bach.
En el 2004 se unió al elenco de la película Prinzessin macht blau donde interpretó a la joven princesa Sophia, quien harta de las reglas del palacio decide huir para tener una "vida normal".
La película fue una adaptación cinematográfica del best-seller de Patrick Suskind: la novela Das Parfum.
Ese mismo año apareció en la película A Year Ago in Winter donde interpretó a Lilli Richter; por su actuación Karoline recibió el premio "Bavarian Film Award" en la categoría de mejor actriz joven en el 2009.