卡罗利妮·路易丝于1723年7月11日出生在达姆施塔特，她是黑森-达姆施塔特伯爵路德维希八世与哈瑙-利希滕贝格的夏洛特·克里斯蒂娜·玛格达莱妮·约翰娜的女儿。在卡罗利妮3岁时，母亲就早逝了，路德维希八世的两个女儿最初由达姆施塔特的侍女负责教育，后来从1733年开始由她们的祖父在哈瑙任命的牧师约翰·彼得·约布负责教育，直到她们接受坚信礼查理七世，随后又参加了在法兰克福举行的各种帝国庆典活动，让·艾蒂安·利奥塔尔为她绘制了肖像。她的妹妹奥古斯特（1725年3月16日-1742年5月13日）于1742年5月去世。在亲王会议期间，她首次尝试与英国王后、安斯巴赫的卡罗琳的小儿子坎伯兰公爵威廉·奥古斯塔斯联姻，之后又尝试与施瓦茨堡-鲁多尔斯塔特的王储联姻。1748/49年，她终于与年纪稍小几岁的巴登继承人卡尔·弗里德里希订婚，在1751年初举行婚礼前后，卡尔·弗里德里希还必须完成他在意大利和英国的教育旅行。两人婚后育有三子（共七次怀孕包括死胎和流产）：继承人卡尔·路德维希及其弟弟弗里德里希王子和后来的大公路德维希一世。