Karolina Pavlova sinh ở Yaroslavl. Bố là một giáo sư ngành y rất yêu hội họa và văn học. Karolina được dạy dỗ đến nơi đến chốn. Từ nhỏ đã thông thạo 4 ngoại ngữ và nổi tiếng khắp Moskva là "một thiếu nữ tài năng và đa tài". Năm 1825 Karolina Pavlova gặp nhà thơ Adam Mickiewicz ở Moskva. Hai người yêu nhau và định làm đám cưới nhưng bố của Karolina phản đối. Ông không muốn con gái mình kết hôn với nhà thơ nghèo lại đang theo đuổi chuyện chính trị (kêu gọi dân Ba Lan khởi nghĩa chống lại ách thống trị của Nga hoàng). Sau đó Adam Mickiewicz rời Moskva và từ đó hai người không còn gặp nhau nữa. Mối tình này được thể hiện trong nhiều bài thơ của Karolina Pavlova. Sau này bà viết cho con trai của Adam Mickiewicz: "Hồi tưởng về tình yêu này là niềm hạnh phúc đối với tôi".

Năm 1833 in cuốn Das Nordlicht… Proben der neueren russischen Literatur (Ánh sáng phương Bắc. Những hình ảnh của văn học Nga mới) ở Đức gồm các bản dịch thơ của Aleksandr Sergeyevich Pushkin, Vasily Andreyevich Zhukovsky, Evgeny Abramovich Baratynsky, Anton Antonovich Delvig… và một số bài hát dân gian cùng với 10 bài thơ sáng tác bằng tiếng Đức. Năm 1835 đăng trên tạp chí Revue Germanique của Pháp bản dịch Die Jungfrau von Orléans của Friedrich Schiller ra tiếng Pháp. Năm 1839 bà xuất bản ở Paris cuốn Les preludes gồm các bản dịch thơ của các nhà thơ Nga và Anh, Đức sang tiếng Pháp.

Năm 1937 nhờ món tài sản thừa kế rất lớn của người cậu nên Karolina Pavlova mặc dù lúc nhan sắc đã không còn mặn mà nhưng vẫn cưới được nhà văn Nicolay Pavlov đang rất nổi tiếng lúc đó. Sau này chính Nicolay Pavlov đã thú nhận rằng "sai lầm lớn nhất trong đời là cưới vợ vì tiền". Đến đầu thập niên 1850 thì cuộc hôn nhân này tan vỡ cùng với những vụ xì-căng-đan. Năm 1853 bà đi sang Đức rồi Pháp, Thụy Sĩ. Từ năm 1861 trở về Dresden sống thường xuyên, thỉnh thoảng mới về thăm nước Nga trong vài ngày. Karolina Pavlova mất ở Dresden, Đức.