Karoline Herfurth wurde 1984 in Ostberlin geboren, wo sie die Waldorfschule besuchte. Ihre erste Filmrolle spielte sie im Alter von zehn Jahren in der ZDF-Produktion „Ferien jenseits des Mondes“. Größere Bekanntheit im deutschen Kino erlangte Herfurth durch ihr Mitwirken in der Komödien „Mädchen, Mädchen“ und „Fack ju Göhte“. Auf der großen internationalen Bühne machte Herfurth in Tom Tykwers Verfilmung von „Das Parfüm“ auf sich aufmerksam. Für ihre Rolle des Mirabellenmädchens wurde sie von der Kritik gelobt.
Ihr Regiedebüt in einem Spielfilm feierte sie im Jahr 2016 mit „SMS für Dich“. Neben ihrer Arbeit als Regisseurin und Schauspielerin studiert Karoline Herfurth Soziologie und Politikwissenschaften an der Berliner Humboldt-Universität.