Каролина Карловна Яниш, немка по происхождению, родилась в Ярославле в семье профессора физики и химии К. Яниша. Детство провела в Москве, получив прекрасное домашнее образование. Посещая модные в те годы литературные салоны А. П. Елагиной и княгини Зинаиды Волконской, молодая поэтесса познакомилась со многими выдающимися русскими писателями. Большую роль в ее личной и творческой жизни сыграла встреча с великим польским поэтом Адамом Мицкевичем, у которого в 1827 г. в Москве она брала уроки польского языка. Мицкевич сделал ей предложение, но помолвка была расторгнута по воле родственников невесты. Позднее она вышла замуж за известного беллетриста Н. Ф. Павлова.
Павлова прекрасно знала иностранные языки, много переводила. В 1833 г. в Дрездене вышел в свет сборник ее переводов на немецкий язык стихотворений русских поэтов. Позднее в Париже она выпустила еще один сборник, куда вошли переводы русских, немецких, английских и польских поэтов на французский язык. В русских журналах Каролина Павлова печатается с 1839 г., отдавая предпочтение жанрам стихотворного послания, элегии и своеобразной повести в стихах. Оставаясь в русле русской романтической традиции, поэтесса своим непосредственным учителем считала Баратынского. Стих ее отличается, как правило, рационалистичностью и сдержанностью. Наибольший интерес в ее творчестве представляет «лирика женского сердца».
В 1858 г. поэтесса покинула Россию и остаток жизни провела в Дрездене. Итоговый сборник ее стихотворений вышел в России в 1863 г., но к тому времени ее литературная слава уже давно померкла. Живя в нужде, она тем не менее до конца дней своих не прекращала литературную работу. Умерла Каролина Павлова в 1893 г. в местечке Хлостервиц близ Дрездена.