卡罗琳娜是帕尔马公爵费迪南多一世与奥地利的玛丽亚·阿玛莉亚女大公的长女，她的洗礼全名是卡罗琳娜·玛丽亚·特蕾莎·朱塞帕。她的名字来源于她的教父教母，她的父亲的伯父西班牙国王卡洛斯三世和她的外祖母玛丽亚·特蕾西娅皇后。

卡罗琳娜是她的父母所生的九个孩子中的最年长的一个。1774年，当她的姨妈玛丽亚·克里斯蒂娜到帕尔马访问时，她被描述为一个美丽但忧郁的孩子。卡罗琳娜和她的弟弟卢多维科是父母的宠儿。他们在宗教方面受到父亲的亲自指导，尽管他们年幼的孩子实际上比他们更感兴趣。1778年，她的弟弟卢多维科一世在与她玩耍时，头部撞到了大理石桌上，之后患上了癫痫病。

卡罗琳娜的母亲更希望她能嫁给一位日耳曼王子。然而相反，她的母亲在马克西米利安经常去意大利的时候把卡罗琳娜介绍给了他，当帕尔马公爵一家在1780年代末访问萨克森时，卡罗琳娜得以与马克西米利安相处，据说她爱上了他。尽管马克西米利安不是王位继承人，但她的母亲玛丽亚·阿玛莉亚还是允许她与马克西米利安结婚。卡罗琳娜在萨克森的婚姻和生活被描述为幸福而和谐。 1804年，她的母亲搬到布拉格，虽然在她去世前没能去看望她，但与她有了更多的接触。