Caroline Herschel va nàixer el 16 de març de 1750 en Hannover, Alemanya.
Va viure quasi 98 anys i deixà un diari molt detallat. En aquest diari explica com no sent ni rica ni massa agraciada (a conseqüència d'haver patit el tifus) no tenía possibilitat d'accedir a un matrimoni satisfactori i estava destinada, en gran manera per sa mare, a ser la criada de la família en Hannover.
El seu germà, William, tenía com hobby l'astronomia i ocupava la major part del seu temps en la construcció de telescopis. Caroline va començar a ajudar-lo amb la construcció de telescopis i a compartir la seua pasió per l'astronomia. A més, va ajudar al seu germà a desenvolupar la matemàtica moderna per a l'astronomia.
Entre 1786 i 1797, per si mateixa va descobrir, en el poc temps que tenia lliure, huit cometes, dels quals sis porten el seu nom.
En 1787, el rei Jorge III va assignar a Caroline un salari anual de 50 "libras" com a astrònoma, per això és considerada la primera astrònoma professional de la història.
Caroline va patir una dolorosa separació del seu germà William quan aquest va contraure matrimoni, en 1788, amb Mary Baldwin Pitt. Caroline es va veure obligada a canviar de domicili, però, no obstant això, va continuar treballant amb el seu germà, tornant cada nit a l'observatori. No obstant això, aquesta separació de William va fer, a la llarga, que Caroline es fera més independent i que aconseguira mostrar la seua vàlua per dret propi.
Caroline va treballar amb el seu germà fins a la mort d'aquest en 1822.
En 1828, la Royal Astronomical Society li va atorgar la seua medalla d'or i en 1835 va ser triada membre honorari de la mateixa societat.
En el seu aniversari n°96, Caroline Herschel fou premiada amb la Medalla d'Or de Ciència del Rei de Prússia pels assoliments aconseguits durant la seua vida.
Finalment, va morir en Hannover el 9 de gener de 1848.