Sau khi tiêu hôn, Karoline Auguste được coi là nàng dâu phù hợp của cả Hoàng đế Franz II của Thánh chế La Mã và người em trai Ferdinand III của Áo, Đại Công tước xứ Toscana. Ferdinand sau đó đã rút lại lời cầu hôn và Karoline Auguste trở thành vợ của Hoàng đế Franz II.

Ngày 29 tháng 10 năm 1816, Karoline Auguste kết hôn với Franz II của Thánh chế La Mã, đồng thời là Quốc vương Hungary và Bohemia. [3] Karoline Auguste là người vợ thứ tư của Franz II và kém chồng mình 24 tuổi. Franz II cũng đã là cha của mười ba người con bởi hai người vợ trước đó. Nhà ngoại giao Anh Frederick Lamb đã gọi Hoàng hậu là "xấu xí, thông minh và đáng ngưỡng mộ" [lower-alpha 1] và chồng của Karoline Auguste đã nói về vợ rằng:"Cô ấy chỉ cần làm một cú hích, và người còn lại chỉ tựa như là không khí." [lower-alpha 2] [4] Đám cưới và cuộc sống hôn nhân của hai vợ chồng rất giản dị vì Hoàng đế rất tiết kiệm về chi tiêu. Trước cuộc hôn nhân, Caroline Auguste thường gọi là Charlotte, nhưng kể từ đây Hoàng hậu bắt đầu dùng cái tên Karoline.Cuộc hôn nhân kéo dài gần 20 năm, hai vợ chồng sống hòa hợp với nhau nhưng không có con cái. Karoline Auguste là người được yêu mến ở Áo và năng nổ trong công tác xã hội; Hoàng hậu đã thành lập một số bệnh viện và khu cưu trú dành cho người nghèo. [5] Sau cái chết của chồng năm 1835, Karoline Auguste chuyển đến Salzburg và sống bình lặng tại đây cho đến khi qua đời tầm bốn thập kỷ sau đó. Thái hậu Karoline Auguste qua đời vào tháng 2 năm 1873, một ngày sau sinh nhật 81 tuổi của mình.

Giống như chồng là Franz II, một người đàn ông hết lòng vì gia đình và khuyên răn người thừa kế của mình hãy "Hãy gìn giữ sự hợp nhất trong gia đình và coi đây là một trong những điều quý giá nhất" [lower-alpha 3], Karoline Auguste cũng có mối quan hệ gần gũi với họ hàng, nhất là hai người em gái và cháu gái cũng được gả vào hoàng thất ngoại quốc giống mình. Karoline Auguste cũng gần gũi với con trai của con gái riêng của chồng là Napoleon II.[5] Karoline là người chị em tốt của người em gái khác mẹ là Sophie Friederike của Bayern. Sophie Friederike đã kết hôn vào năm 1824 với Đại vương công Franz Karl của Áo, con trai riêng của chồng Karoline Auguste và trở thành mẹ của hai vị Hoàng đế là Franz Joseph I của Áo và Maximiliano I của México. Thái hậu Karoline Auguste cũng có quan hệ tốt với Elisabeth xứ Bayern, vợ Hoàng đế Franz Joseph I, cháu gái gọi bác cũng như là con dâu của Sophie Friederike.

Một chiếc cài áo bằng ngọc trai từng thuộc sở hữu bởi Karoline Auguste đã được bán đấu giá tại Sotheby năm 2012.