1705年8月22日，卡罗琳抵达汉诺威，并于当晚在赫恩豪森宫的王宫教堂内与乔治·奥古斯都结婚。次年5月，卡罗琳怀孕了。1707年1月20日，卡罗琳生下了她的第一个孩子，弗雷德里克王子。当年7月，卡罗琳患上了天花，随后又得了肺炎。弗雷德里克王子被从卡罗琳的身边带走，但乔治·奥古斯都却虔诚地守在她身边，他也因此受到了感染，但幸免于难。在接下来的7年中，卡罗琳先后在汉诺威生下了安妮公主、阿米莉亚公主和卡罗琳公主。

尽管按照当时的惯例，乔治·奥古斯都继续拥有着情妇，但是，他们两人的婚姻成功且充满爱意。由于乔治·奥古斯都的情妇众所周知并且他也会告诉她有关他情妇的事情，因此，卡罗琳对丈夫的出轨一清二楚。乔治·奥古斯都最著名的情妇是萨福克伯爵夫人亨利埃塔·霍华德和雅茅斯女伯爵阿玛莉·冯·沃尔莫登。亨利埃塔·霍华德是卡罗琳的女侍寝官之一，当她的丈夫于1731年通过继承得到了贵族头衔后，她成为了女王的女侍长，并于1734年退职。与她的婆婆和丈夫形成鲜明对比的是，卡罗琳因其对婚姻的忠诚而闻名，她从未做过任何尴尬的事，也没有恋人。她更喜欢让他丈夫的情妇担任她的侍女，因为她相信她能通过此举了解她们的一举一动。

由于安妮女王同父异母的弟弟詹姆斯·弗朗西斯·爱德华·斯图亚特对英国王位的觊觎，并且安妮女王和汉诺威选帝侯夫人索菲亚陷入了矛盾之中。因此，英国的王位继承形势依旧不容乐观。安妮拒绝允许任何来自汉诺威王朝的人在她的有生之年访问英国。1714年6月，索菲亚在卡罗琳的怀抱中去世，享年83岁。卡罗琳的公公汉诺威选帝侯乔治·路易斯成为了安妮女王的推定继承人。仅仅几个星期后，安妮女王也去世了。作为女王的继承人，汉诺威选帝侯正式继承了英国王位，成为了英国国王乔治一世。

1714年9月，乔治·奥古斯都乘船前往英国，卡罗琳和她的其中两个女儿也在10月份出发。卡罗琳乘船穿越北海从海牙到了马盖特，这次旅程也是她一生中唯一一次的海上航行。他们年幼的儿子弗雷德里克王子被留在了由乔治一世统治下的汉诺威，交由私人教师抚养。

随着乔治一世于1714年即位，卡罗琳的丈夫也随即成为了康沃尔公爵和罗斯西公爵。不久之后，乔治·奥古斯都就被授予了威尔士亲王的头衔，因此，卡罗琳也成为了威尔士亲王妃。卡罗琳是第一位在其丈夫授封威尔士亲王时便同时获得威尔士亲王妃头衔的女性。她也是继阿拉贡的凯瑟琳之后的两百多年来的第一位威尔士亲王妃。由于乔治一世在成为英国国王之前，已于1694年与妻子索菲亚·多萝西娅离婚，因此，在没有王后的王国中，卡罗琳成为了地位最高的女人。乔治·奥古斯都和卡罗琳通过了解英国的语言、人民、政治和风俗，共同努力“英国化”。自此，两个独立的宫廷形成了强烈的反差，国王任命来自德国的朝臣和政府部长，而威尔士亲王的宫廷则吸引着不受国王欢迎的英国贵族，并且相当受英国人民的欢迎。乔治·奥古斯都和卡罗琳也逐渐成为反对国王的政治中心。

在抵达英国的两年后，卡罗琳生下了一个死胎。她的朋友比克堡伯爵夫人也因此责怪英国医生的无能。但第二年，她又生下了一个儿子，乔治·威廉王子。在1717年11月小王子的洗礼中，她的丈夫和公公就选择教父母一事发生了争吵，这也导致这对夫妇在被驱逐出宫之前被软禁在圣詹姆斯宫内。卡罗琳最初被允许与她的孩子们待在一起，但是她拒绝了。卡罗琳和她的丈夫搬到了莱斯特府居住，然而，他们的孩子们则被留下来由国王照顾。卡罗琳也因此忧心忡忡，并且她在未经国王允许的情况下前往秘密探望孩子们的时候晕倒了。 到了一月，国王做了让步，并且允许卡罗琳自由出入。二月，乔治·威廉王子病倒了，国王随即允许乔治·奥古斯都和卡罗琳自由出入肯辛顿宫看望孩子。当王子去世后，还进行了尸检，以证明孩子的逝世是由于心脏病而不是与母亲分离。1718年，卡罗琳在她的住所里士满小屋内不幸流产。在接下来的几年里，卡罗琳又生了三个孩子：威廉王子、玛丽公主和路易丝公主。

卡罗琳与政府的政敌们在莱斯特府内频繁会面。她与辉格党政府前任首相罗伯特·沃波尔缔结了深厚的友谊。1720年4月，沃波尔所在的辉格党与执政党达成了和解，为了公众团结，沃波尔和卡罗琳还帮助国王与威尔士亲王达成和解。卡罗琳想从国王的手中夺回她最大的三个女儿的抚养权，并且认为国王与丈夫的和解会促成此事，但事实上却事与愿违。乔治·奥古斯都开始相信他自己受到了沃波尔的欺骗，他认为自已与国王的和解只是沃波尔获得权力计划的一部分。 当沃波尔的辉格党成为执政党后，王子陷入了政治上的孤立，莱斯特府也不再是政治家们集会的场所，而变成了宴请例如约翰·阿布什诺特和乔纳森·斯威夫特等文学人士和青年才俊的地方。阿布什诺特对斯威夫特说，卡罗琳已经阅读了他的《格列佛游记》，尤其是其中关于王储一只脚穿着高跟鞋一只脚穿着底跟鞋的故事，在当时的英国社会中，国王和他的党派穿着底跟鞋，而敌对势力则穿着高跟鞋：这也赤裸裸地揭示了威尔士亲王的政治倾向。

卡罗琳的聪明才智远超于丈夫，她酷爱阅读。她在圣詹姆斯宫建立了一个巨大的藏书馆。作为一名年轻的女性，她与知识巨匠戈特弗里德·威廉·莱布尼茨保持着书信交流。她后来还促成了莱布尼茨和萨缪尔·克拉克的通信，两人在信件中的辩论可以说是十八世纪最重要的物理哲学讨论。玛丽·沃特利·蒙塔古夫人（玛丽·皮尔庞特）和查尔斯·梅特兰还在君士坦丁堡亲眼目睹了卡罗琳协助推进人痘接种的普及。奉卡罗琳之命，六名被判死刑的囚犯被改为进行人痘接种，这也使得他们都幸存了下来。卡罗琳坚信人痘接种的价值，她让她的孩子阿米莉亚公主、卡罗琳公主和弗雷德里克王子都进行了疫苗的接种。伏尔泰曾赞扬过她对人痘接种的支持，他写道：“我必须说，抛开她所有的头衔和王权不论，这位王妃的诞生就是为了鼓励艺术和替人类谋求福祉，尽管她坐在王座上，她依旧是一位乐善好施的哲学家，并且，她从不错过任何学习知识和慷慨助人的机会。”

1727年，随着英国国王乔治一世的逝世，卡罗琳成为了英国王后。同年10月11日，她和丈夫在威斯敏斯特教堂举行了加冕典礼。她是继丹麦的安妮公主于1603年被加冕后的第一位被加冕的英国王后。虽然乔治二世曾因与父亲和解一事公开指责沃波尔是一个“流氓无赖”，但卡罗琳依旧建议丈夫保留沃波尔作为首相的职位。 沃波尔控制着议会中的大多数席位，几乎没有别的选择的乔治二世只能接受他，否则他将面临着政府动荡的风险。为了报答卡罗琳，沃波尔给了卡罗琳每年10万英镑的王室年奉，她还获得了萨默塞特府和里士满小屋这两处房产。第二代赫维男爵亨利·赫维将沃波尔称为“王后的大臣”以彰显他们之间密切的关系。在接下来的十年里，卡罗琳产生了巨大的影响力。她劝说国王采用沃波尔的政策，并且说服沃波尔不要采用具有煽动性的行为。卡罗琳汲取了她的良师，普鲁士王后索菲·夏洛特自由开明的观点。她对詹姆斯党仁慈宽容，并且支持新闻出版自由和议会内的言论自由。

在接下来的几年里，她和她的丈夫与他们的长子，威尔士亲王弗雷德里克王子展开了一场旷日持久的对抗。弗雷德里克于1728年才离开汉诺威来到父母身边，当时的他已经是一个拥有情妇，债务缠身且热衷于赌博和恶搞的年轻人。他反对父亲的政治理念，并且控诉自己在政府中缺乏威信。从1729年5月起，乔治二世将前往汉诺威五个月，但根据《1728年摄政法案》，在此期间，将由卡罗琳摄政而不是威尔士亲王弗雷德里克王子。在卡罗琳摄政期间，她化解了英国与葡萄牙之间的外交插曲（当时英国的船只被扣留在塔霍河），并且，英国与西班牙缔结的《塞维利亚条约》也谈判完成。从1732年5月起，但乔治二世再度前往汉诺威时，卡罗琳又担任了四个月的摄政王。卡罗琳在对刑法制度的调查中发现了众多的特权被滥用，其中包括残忍的对待囚犯和与逃亡中的富有犯人合谋暗通。卡罗琳敦促沃波尔进行改革，但基本上没有成功。1733年3月，沃波尔向议会提交了一份王后支持但不受欢迎的消费税法案，这份法案遭到了议会的强烈反对，最终没有通过。

卡罗琳在英国的所有时光都是在英格兰的东南部或伦敦周边度过。成为王后之后，卡罗琳继续与艺术家、作家和知识分子结交。她热衷于收集珠宝，特别是浮雕宝石和凹雕宝石。她委托他人创作了许多作品，其中包括委托迈克尔·莱斯布拉克制作的英格兰历代国王的王后的陶瓦半身雕塑像，她还指导了威廉·肯特和查尔斯·布里奇曼对王室花园的设计，使花园更加自然。1728年，卡罗琳重新发现了自威廉三世执政期间就被藏在抽屉里的列奥纳多·达·芬奇和小汉斯·霍尔拜因的草图集。

1734年，卡罗琳的长女安妮公主与奥兰治亲王威廉四世结婚，并随丈夫去了荷兰。卡罗琳在给安妮的信中写道，在分别时她的悲伤难以言喻。安妮不久就开始想家，并且趁其丈夫远征时回到了英国。最终，安妮在丈夫和父亲命令下回到了荷兰。

1735年中期，威尔士亲王弗雷德里克王子对卡罗琳在国王前往汉诺威时再次担任摄政王，而不是自己感到更加沮丧。1736年，国王和王后安排弗雷德里克与萨克森-哥达的奥古斯塔公主结婚。婚礼结束后不久，乔治再度前往汉诺威，卡罗琳继续担任着摄政王的角色。在她摄政期间，卡罗琳将一名在爱丁堡被判犯有谋杀罪的上尉约翰·波蒂厄斯处以死缓。在她宣告之前，一个暴徒袭击了波蒂厄斯被关押的监狱并杀死了他。卡罗琳大为震惊。乔治二世因为长期旅居国外而变得不得人心，1736年底，乔治二世计划回国，但是他所乘坐的船只遭到了恶劣的气候，并且有传言称他在海上迷失了方向。卡罗琳因此深受打击，并且对弗雷德里克王子的麻木不仁感到厌恶，他甚至在狂风之日大宴宾客。乔治二世终于在1737年1月回到了英国。

迄今为止，由于乔治二世的阻止，弗雷德里克从未成功的要求议会为他增加津贴，并且公众对此事的分歧也进一步导致了父子之间的隔阂。在沃波尔的建议下，为了避免发生进一步的冲突，弗雷德里克要求增加津贴一事被重新提出，但津贴的金额却比弗雷德里克之前要求的要少。1737年6月，弗雷德里克将妻子奥古斯塔怀孕一事告知了父母，并称她将于10月分娩。事实上，奥古斯塔的预产期要比10月份更早，到了7月，当王子发现他的妻子已经开始分娩后，为了确保国王和王后不会在妻子生产时莅临，他在深更半夜偷偷地将奥古斯塔送出了汉普顿宫。乔治和卡罗琳大惊失色。根据传统，为了防止有人用其他婴儿冒充王室血脉，王室成员必须在家人和资深侍从的亲眼见证下分娩，然而，即将分娩的奥古斯塔却忍受着剧烈的疼痛在丈夫的强迫下在一辆大马车里坐了一个半小时。当时的卡罗琳正在参加一个她的两个女儿和第二代赫维男爵约翰·赫维都参加了的聚会，在听说了这个消息后，卡罗琳赶忙向奥古斯塔已经抵达了的圣詹姆斯宫跑去。当卡罗琳看到奥古斯塔已经生下了一个可怜丑陋像一只小老鼠一样的女婴，而不是一个健康壮硕的男孩时，卡罗琳悬着的心也放了下来，因为这个可怜兮兮的婴孩不太可能是冒充王室血统的孩子。生产一事加深了母子之间的不和。据赫维男爵称，卡罗琳曾经在看到弗雷德里克后说“看，他去了那里——那个混蛋！那个恶棍！我希望这一刻地面能够裂开并且将这个恶魔沉到地狱的最深处！”

在她生命的最后几年里，卡罗琳饱受脚部痛风的折磨，但更加严重的是，她在1724年生下她的最后一个孩子时患上了脐疝。1737年11月9日，卡罗琳在挣扎着出席了一次正式活动后，便感觉到了一阵剧烈的疼痛，自此病倒在床。她的一部分小肠已经穿过疝气的开口。在接下来的几天里，她开始流血，伤口也接受了清理，并且在没有麻醉剂的情况下做了手术，但是，她的病情依旧没有好转。国王拒绝了弗雷德里克面见母亲的请求，她也遵从了国王的命令，但她依旧通过沃波尔给儿子送去了一封宽恕信。她请求她的丈夫能够在她死后再婚，乔治拒绝了这一要求，并且声称自己只会有情妇，卡罗琳对此回应到：“我的上帝，这并不能阻止它。”11月17日，卡罗琳患上了绞窄性肠破裂。1737年11月20日，卡罗琳在圣詹姆斯宫内逝世。12月17日，卡罗琳被安葬在威斯敏斯特教堂。 弗雷德里克并没有出席她的葬礼。国王准备了一对相匹配的且侧面可以移动的棺材，这样，当他也追随着卡罗琳去世后，他们就可以再躺在一起了。