Родилась в семье физика-ядерщика Уильяма Бертоцци (род. 1931), профессора Массачусетского технологического института, основателя и многолетнего директора там линейного ускорителя Бейтса (англ.Bates Linear Accelerator Center)[7]. Мать, филолог Норма Глория Бертоцци (урождённая Беррингер; 1933—2021), до рождения детей также работала в отделении физики Массачусетского технологического института[8]. Каролин выросла в Лексингтоне (штат Массачусетс), она средняя из трёх дочерей[9]. Старшая сестра — математик Андреа Луиза Бертоцци (род. 1965), младшая сестра — эрготерапевт Диана Джой Хиндерманн (род. 1969)[10].
В 1996 году возвратилась в Беркли, поступив в штат его химического факультета; бывший директор Molecular Foundry[англ.], нанотехнологического исследовательского центра в Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли. С 2015 года в Стэнфорде.
В настоящее время работает в области гликобиологии и биоортогональной химии[11]. Исследовательница Медицинского института Говарда Хьюза.
T.Z. and Irmgard Chu Distinguished Professorship in Chemistry (2005)
ЛГБТ-учёный года (англ.GLBT Scientist of the Year Award), National Organization of Gay and Lesbian Scientists and Technical Professionals[англ.] (2007)[15][16]
Ernst Schering Prize[англ.] одноимённого фонда (2007)[17]
Li Ka Shing (Ли Кашина) Women in Science Award (2008)
Roy L. Whistler International Award in Carbohydrate Chemistry (2008)[18]
Mahal L. K., Yarema K. J., Bertozzi C. R.Engineering Chemical Reactivity on Cell Surfaces Through Oligosaccharide Biosynthesis// Science.— 1997.— Т. 276, № 5315.— С. 1125–1128.— doi:10.1126/science.276.5315.1125.
Saxon E., Bertozzi C. R.Cell Surface Engineering by a Modified Staudinger Reaction// Science.— 2000.— Т. 287, № 5460.— С. 2007–2010.— doi:10.1126/science.287.5460.2007.
Bertozzi C. R., Kiessling L. L.Chemical Glycobiology// Science.— 2001.— Т. 291, № 5512.— С. 2357–2364.— doi:10.1126/science.1059820.
Prescher J. A.; Bertozzi C. R.Chemistry in living systems// Nature Chemical Biology.— 2005.— Т. 1, № 1.— С. 13–21.— doi:10.1038/nchembio0605-13.
Boger D. L.Tetrahedron Young Investigator Award 2011: Carolyn R. Bertozzi(англ.)// Bioorg. Med. Chem. Lett.— 2011.— Vol. 21, no. 17.— P. 4944.— doi:10.1016/j.bmcl.2011.08.013.