Ngày 8 tháng 6 năm 1808, tại München, Karoline Auguste đã kết hôn với Vương thái tử Wilhelm của Württemberg (1781–1864) và trở thành Vưng thái tử phi. Hai người không có con cái và tiêu hôn vào ngày 31 tháng 8 năm 1814.

Cuộc hôn nhân đầu tiên của Karoline Auguste được sắp xếp nhằm tránh cuộc hôn nhân chính trị dàn xếp bởi Napoléon. [2] Sau lễ cưới, Wilhelm đã nói với Karoline Auguste rằng: Chúng ta là nạn nhân của chính trị. [2] Karoline Auguste dành thời gian viết thư cho anh trai Ludwig, học tiếng Ý và tiếng Anh. [2] Hai người không ăn ở với nhau và cuộc hôn nhân đã bị tiêu hủy bởi Giáo hoàng Piô VII để cả hai đều có thể tái hôn một cách hợp pháp theo luật Công giáo. Tại thời điểm tiêu hôn, cả hai đều khẳng định rằng họ sống tách biệt và cuộc hôn nhân chưa bao giờ hoàn thiện.