Родившаяся в Миннеаполисе, штат Миннесота, Кароли получила степень магистра музыки в Джульярдской школе, где она училась у Кэрол Винценс.

Кароли окончила Университет Висконсин—Мэдисон с отличием по программе Phi Beta Kappa и получила грант Фулбрайта на обучение в Англии. Среди ее учителей также Тревор Уай, Мэри Кей Финк, Роберт Коул и Сьюзан Моррис Деджонг. Кароли работает преподавателем в Музыкальной школе Торнтона при Университете Калифорнии с 2021 года.

Будучи участницей отмеченного наградами квинтета Dorian Wind с 1994 по 1996 год, она регулярно выступала в сериях камерной музыки по всей территории США. Участвовала в многочисленных музыкальных фестивалях, включая Marlboro, Tanglewood и Spoleto (Италия). Она была приглашенной исполнительницей на SummerFest музыкального общества La Jolla с 1991 года. В 2014 году она выпустила альбом музыки для флейты и фортепиано под названием «Французские вдохновения».

Кэтрин Рэнсом Кароли присоединилась к Лос-Анджелесскому филармоническому оркестру в качестве второй флейтистки в мае 1996 года. В октябре 2000 года она дебютировала сольно с тогдашним музыкальным руководителем Эса-Пеккой Салоненом, дирижировавшим «ЛА Филом» в концерте для флейты Ибера. Салонен назначил ее заместителем директора по флейте в марте 2009 года.

До приезда в Лос-Анджелес Кароли провела три сезона в Майами, штат Флорида, в качестве флейтистки в симфоническом оркестре Нового света под руководством музыкального руководителя Майкла Тилсона Томаса. Она несколько раз выступала в качестве солистки с NWS.