Karolina Maria Adelajda Franciszka Ksawera Małgorzata Edina hr. Lanckorońska z Brzezia herbu Zadora urodziła się 11 sierpnia 1898 r. w Buchbergu koło Gars am Kamp w Dolnej Austrii. W 1917 r. rozpoczęła studia z historii sztuki na Uniwersytecie Wiedeńskim. Po obronie doktoratu wyjechała do Rzymu, gdzie studiowała włoską sztuką renesansu i baroku. Pracowała też w bibliotece Stacji Naukowej Polskiej Akademii Umiejętności, gdzie porządkowała materiały biblioteczne i fotograficzne podarowane przez jej ojca Karola Lanckorońskiego.

Po jego śmierci zamieszkała we Lwowie, gdzie od 1934 r. wykładała historię sztuki współczesnej na Wydziale Humanistycznym Uniwersytetu Jana Kazimierza we Lwowie i uzyskała habilitację. Jako pierwsza kobieta w Polsce uzyskała tytuł docenta z zakresu historii sztuki oraz została zatrudniona na stanowisku kierownika Katedry Historii Sztuki na Wydziale Humanistycznym lwowskiej uczelni. Pełniła także funkcję sekretarza Towarzystwa Polskich Badań Historycznych we Lwowie.

Wybuch wojny zastał ją w Rzymie, ale zdecydowała się na powrót do Lwowa. Nie przerwała pracy na Uniwersytecie, pomimo tego, że po wkroczeniu wojsk sowieckich była wielokrotnie przesłuchiwana przez NKWD. Zaangażowała się także w działalność niepodległościową, wstępując 2 stycznia 1940 r. do Związku Walki Zbrojnej.

10 kwietnia 1940 r. została zwolniona z pracy na Uniwersytecie, tego też dnia miała zostać aresztowana, jednak zdołała ukryć się u znajomych. 3 maja 1940 r. przedostała się do niemieckiej strefy okupacyjnej. Zamieszkała w Krakowie, gdzie kontynuowała działalność w ZWZ. Jako sanitariuszka-wolontariuszka zaangażowała się w prace Polskiego Czerwonego Krzyża oraz, na polecenie przełożonych, brała udział w pracach Rady Głównej Opiekuńczej, działającej za zgodą władz okupacyjnych. Generał Tadeusz Komorowski wydał jej rozkaz zerwania dotychczasowych kontaktów konspiracyjnych i prowadzenie wyłącznie jawnej działalności.

Z ramienia Rady Głównej Opiekuńczej objęła opieką około 27 tys. osób przebywających w więzieniach Krakowa, Tarnowa, Jasła, Sanoka, Nowego Sącza, Częstochowy i Piotrkowa Trybunalskiego. Od stycznia do maja 1942 r. koordynowała w Stanisławowie organizowanie pomocy dla 17 powiatów Galicji Wschodniej.

25 kwietnia 1942 r. została zatrzymana i przesłuchana w Stanisławowie, lecz po kilku godzinach ją zwolniono. Do kolejnego aresztowania doszło 12 maja 1942 r. podczas zebrania Komitetu Opiekuńczego w Kołomyi. W więzieniu w Stanisławowie, do którego została przewieziona, była przesłuchiwana osobiście przez komendanta Gestapo Hansa Krugera. Karolina Lanckorońska, dzięki wstawiennictwu członków włoskiej dynastii, uniknęła śmierci i została przewieziona do więzienia we Lwowie. Tam złożyła obszerną relację dotyczącą informacji usłyszanych od Krugera (mord lwowskich profesorów w 1941 r.). Z tego powodu, 26 września 1942 r. została przewieziona do Berlina, celem złożenia zeznań w sprawie dyscyplinarnej przeciwko Krugerowi, któremu zarzucono ujawnienie tajemnicy państwowej.

8 stycznia 1943 r. została przetransportowana do kobiecego obozu koncentracyjnego w Ravensbruck. Była odizolowana od reszty więźniarek, miała też prawo do opieki lekarskiej, lepszego jedzenia, książek i prasy niemieckiej oraz do spacerów. Wykorzystując swoją pozycję, domagała się dodatkowych porcji wyżywienia, które potajemnie przekazywała innym więźniarkom. W tym też czasie udało jej się wysłać do Krakowa zaszyfrowaną informację o warunkach obozowych i swoim pobycie w Ravensbruck.

5 kwietnia 1945 r., dzięki interwencji Carla Jacoba Burckhardta, prezesa Międzynarodowego Czerwonego Krzyża w Genewie, Karolina Lanckorońska została zwolniona z obozu wraz z grupą więźniarek francuskich. Przewieziono ją do Szwajcarii, gdzie w Genewie złożyła szczegółowy raport na temat niemieckich zbrodni w obozie w Ravensbruck i prowadzonych tam eksperymentów medycznych.

Po wojnie wyjechała do Bolonii, gdzie wstąpiła do polskiego wojska, awansowała do stopnia porucznika i jako oficer prasowy 2. Korpusu Polskiego organizowała studia wyższe dla żołnierzy Korpusu. W listopadzie 1945 r., wspólnie z ks. prałatem Walerianem Meysztowiczem, powołała do życia Polski Instytut Historyczny w Rzymie. Po wojnie wspierała polskich badaczy humanistów w ramach Funduszu im. Karola Lanckorońskiego, a następnie Fundacji Lanckorońskich z Brzezia.

Karolina Lanckorońska przeznaczyła na cele publiczne cały rodzinny majątek. Nie tylko dbała o polską kulturę i rozwój polskiej nauki, ale pomagała wielu Polakom, zarówno na emigracji, jak i w kraju.

Została uhonorowana wieloma odznaczeniami polskimi i zagranicznymi, w tym Komandorią Orderu Świętego Grzegorza Wielkiego z Gwiazdą, Krzyżem Wielkim Orderu Odrodzenia Polski, Krzyżem Walecznych, Krzyżem Zasługi z Mieczami, Krzyżem Armii Krajowej.

Zmarła w Rzymie 25 sierpnia 2002 r. w wieku 104 lat. Spoczywa na rzymskim cmentarzu Campo Verano w Vecchio Reparto.