1964-ben kémiai Nobel-díjat kapott a B-12 vitamin atomszerkezetének meghatározásáért. Az inzulin és a penicillin szerkezetmeghatározása is az ő nevéhez fűzódik, és hatékony módszert dolgozott ki kristályok molekulaszerkezet-meghatározására röntgensugárral.
Az egykori polihisztorok modern képviselője, több, egymástól eltérő tudományterületen ért el kimagasló eredményeket. Publikációi jelentek meg fizika, kémia, pszichológia, élettan, gyógyszertan, gender témában. 1974-ben a müncheni egyetemen védte meg doktori értekezését elméleti kémiából. 1983-ban élettanból, 1984-ben pszichológiából és neurobiológiából szerzett tudományos fokozatot a müncheni Ludwig Maximilian egyetemen. 1974-től a Max-Planck Intézet pszichiátriai osztályának tudományos munkatársa volt, 1983-ban kapta meg egyetemi tanári kinevezést a müncheni egyetemre.
Angliában élt testvérével, Williammal, aki III.György király udvari csillagásza volt. Caroline megtanulta a számítások elvégzését, a csillagok katalogizálását, a műszerek kezelését, és hamarosan saját megfigyeléseket tett. 1783-ban három új csillagködöt talált, 1786 és 1797 között nyolc üstököst fedezett fel. 1798-ban a Royal Society adta ki a Flamsteed féle katalógushoz készített korrekcióit. Bátyja halála után hazatért Hannoverbe, de munkáját tovább folytatta. A Royal Astronomical Society aranyérmét kapta meg 1828-ban, 78 éves korában.
Selyemkereskedelemmel foglalkozó, jómódú családjának értékes könyvtárában töltötte már gyerekkorától napjainak legnagyobb részét. Különösen a matematikával és filozófiával foglalkozó műveket tanulmányozta. Párizsban 1795-ben nyílt meg az École Polytechnique, nőket nem vettek fel, de a hallgatók elkérhették az előadások anyagát, és utána beszámolót kellett róla írniuk. Sophie egy kimaradt férfihallgató nevén jelentkezett.
