Karoline Herfurthová se narodila v Berlíně v roce 1984. V 15ti letech byla „objevena“ castingovou agentkou Nessie Nesslauerovou na školním hřišti své školy. Již ve svých prvních celovečerních filmech udělala silný dojem, konkrétně se jednalo o filmy Crazy (2000) Hanse Christiana Schmida a Holky to chtěj taky (2001) Dennise Gansela. Od té doby se objevila ve zhruba 20ti celovečerních filmech, včetně jejího nezapomenutelného vystoupení jako „dívky s blumami“ ve snímku Toma Tykwera Parfém: Příběh vraha (2006), dále v celosvětovém hitu Stephena Daldryho Předčítač (2008) a v komedii Ralfa Huettnera Vincent jede k moři (2011), který získal cenu Zlatá Lola (německé filmové ocenění) za nejlepší hraný film. Také hrála v rodinném dramatu Hanse Steinbichlera Das Blaue vom Himmel (2011).
Mnoho z nejlepších rolí Karoline Herfurthové vyžadovalo extrémní fyzické nasazení: například v roli mladé fotbalistky ve filmu Buketa Alakuse Druhá liga (2004) nebo jako židovská legenda Gretel Bergmannová v dramatu Berlin 36 (2009), který byl natočen podle skutečného příběhu. Její doposud nejnáročnější rolí byla postava tanečnice Lily v dramatu Caroline Linkové Im Winter ein Jahr (2009) po boku herecké legendy Seppa Bierbichlera. Za svůj výkon získala Bayerischer Fernsehpreis (Bavorskou filmovou cenu) stejně jako cenu německé kritiky za nejlepší ženský herecký výkon. Karoline Herfurthová je také velmi populární herečkou mezi diváky. V roce 2011 pro ni čtenáři časopisu Cinema hlasovali a Herfurthová se tak stala nejlepší německou herečkou za svůj výkon ve filmu Vincent jede k moři a získala Jupiter People’s Choice Award.
Na počátku roku 2012 mohli diváci vidět Karoline Herfurthovou vedle Michaela Bullyho Herbiga ve filmové satiře Helmuta Dietla Zettl. Ve stejném roce se objevila ve filmu Festung, filmovém debutu finské režisérky Krisi Liimatainenové. Také hrála hlavní úlohu ve filmu Errors of the Human Body režiséra Erona Sheeana. V poslední době Karoline Herfurthová ztvárnila vedlejší roli ve filmu Briana de Palmy Vášeň po boku Noomi Rapaceové a Rachel McAdamsové, film měl světovou premiéru v soutěži na Mezinárodním filmovém festivalu v Benátkách v roce 2012.
Vedle své kariéry Karoline Herfurthová také dokončila studium herectví na renomované Ernst Busch Theaterhochschule für Schauspielkunst v Berlíně. Poté začala studovat sociální vědy na berlínské Humboldtově univerzitě. Studiu se věnuje i nadále na poloviční úvazek. V roce 2012 režírovala krátký film Mittelkleiner Mensch, který představila v únoru 2013 na filmovém festivalu Hofer Filmtagen. V současné době natáčí dětský film Rico, Oskar und die Tieferschatten v režii Neele Leany Vollmarové.
