Karolina Lanckorońska urodziła się 11 sierpnia 1898 roku w Buchberg am Kamp w Dolnej Austrii jako druga z trójki dzieci (starszy brat Antoni i młodsza siostra Adelajda) hrabiego Karola Lanckorońskiego i Małgorzaty von Lichnowsky. Hrabia Karol Lanckoroński (1848-1933) pochodził z polskiego, arystokratycznego rodu herbu Zadora. Był niezwykle zasłużoną i wpływową postacią nie tylko w samej Austrii, ale także na arenie międzynarodowej. Ten wielki erudyta w 1903 roku otrzymał Order Złotego Runa, w 1905 roku Uniwersytet Jagielloński uhonorował go tytułem honoris causa a w 1928 roku przyjął Order Polonia Restituta. Lanckoroński był znanym i cenionym mecenasem i kolekcjonerem sztuki. W jego wiedeńskim pałacu znajdowała się jedna z największych prywatnych kolekcji sztuki, a jednym z częstszych gości u rodziny Lanckorońskich był malarz Jacek Malczewski. Hrabia, oprócz wielkiego zamiłowania do sztuki i nauki był również wielkim podróżnikiem. W 1888 roku udał się w podróż dookoła świata. Swoje liczne wyprawy oraz dzieła sztuki i architektury uwieczniał na fotografiach, które pod koniec swojego życia przekazał w darze Polskiej Akademii Umiejętności w Rzymie. Kolekcją tą zaopiekowała się wówczas jego córka Karolina. Obecnie fototeka znajduje się w Archiwum PAN i PAU w Krakowie. 

Matką Karoliny była księżna Małgorzata von Lichnowski (1863-1957), pochodząca z arystokratycznego, pruskiego rodu osiadłego na Śląsku. Była trzecią żoną Karola Lanckorońskiego. 

Miejscem zamieszkania tej arystokratycznej rodziny był neobarokowy pałac przy ulicy Jacquingasse 16/18 w Wiedniu, w którym mieściła się ogromna kolekcja dzieł sztuki udostępniana raz w roku zwiedzającym. Lanckorońscy mieli także swoje majątki w Rozdole nad Dniestrem koło Lwowa oraz w Komarnie, do których często wyjeżdżali, aby pielęgnować język polski i polskie korzenie. 

Karolina Lanckorońska, wychowana przez wymagających rodziców, otrzymała staranne wykształcenie humanistyczne, ze szczególnym uwzględnieniem sztuki, literatury i filozofii. Uczęszczała do elitarnego benedyktyńskiego gimnazjum w Wiedniu, w którym w 1920 roku uzyskała świadectwo dojrzałości. Kierunkiem studiów jaki wybrała była historia sztuki na Uniwersytecie Wiedeńskim, gdzie uczęszczała m.in. na wykłady do prof. Maxa Dvořáka. W 1926 roku obroniła tytuł doktora rozprawą na temat Sądu Ostatecznego Michała Anioła (właściwy tytuł pracy: „Studien zu Michelangelos Jüngstem Gercht und sejner künstlerischen Deszendenz”), napisaną pod kierunkiem prof. Juliusa von Schlossera. 

W latach od 1929 roku do wybuchu II wojny światowej Karolina związana była z rzymską Stacją Polskiej Akademii Umiejętności. Kiedy w 1929 roku ojciec przekazał stacji w darze zbiór około 60 tys. fotografii (głównie dzieł sztuki i architektury wykonanych podczas licznych podróży Karola), rozpoczęła wieloletni okres inwentaryzowania, katalogowania oraz opieki nad tą cenną kolekcją. Ambicją Lanckorońskiej było także stworzenie tam działu historii sztuki, który systematycznie rozbudowywała o liczną literaturę fachową, m.in. księgozbiór po zmarłym w 1921 roku prof. Dvořáku. Czas spędzony we Włoszech posłużył Lanckorońskiej również do pogłębienia studiów z zakresu sztuki renesansowej i barokowej. 

W 1933 roku Karolina powróciła do swojego rodzinnego majątku w Komarnie, który odziedziczyła po śmierci ojca. Kontynuowała jednak swoje badania nad historią sztuki na uniwersytecie Jana Kazimierza we Lwowie, aby w 1935 roku uzyskać tam habilitację pracą pt. „Dekoracja kościoła il Gesu na tle rozwoju baroku w Rzymie”. Na tej uczelni Karolina jako pierwsza kobieta docent, pracowała do kwietnia 1940 roku rozwijając swoje pasje naukowe i dydaktyczne. 

Wraz z wybuchem II wojny światowej, Karolina Lanckorońska wstąpiła do konspiracyjnego Związku Walki Zbrojnej, później Armii Krajowej. Działała również w Polskim Czerwonym Krzyżu oraz w Radzie Głównej Opiekuńczej. Oprócz pomocy i opieki niesionej uwolnionym z obozów jenieckich polskim żołnierzom, pozyskiwała informacje dotyczące zbrodni wojennych. Za swoją brawurową działalność została aresztowana 12 maja 1942 roku w Stanisławowie. Przesłuchiwał ją sam Hans Krügera, który wyjawił Karolinie zlecenie zamordowania w 1941 roku lwowskich profesorów. Ze Stanisławowa Lanckorońska została przeniesiona do więzienia we Lwowie, z którego, we wrześniu 1942 roku trafiła do Berlina jako świadek w sprawie Krügera. 

Pomimo wielu prób uwolnienia Karoliny (w tej sprawie interweniował m.in. prezes Międzynarodowego Czerwonego Krzyża w Genewie), w styczniu 1943 roku trafiła do obozu koncentracyjnego dla kobiet w Ravensbrück. Trudne warunki nie były w stanie złamać jej hartu ducha, niosła pomoc i wsparcie moralne swoim współwięźniarką a nawet organizowała potajemne wykłady z historii sztuki. Sama, aby ulżyć sobie w koszmarnej rzeczywistości, wracała pamięcią do wielkich galerii europejskich i „oglądała obrazy”. 

Po kolejnych interwencjach, w kwietniu 1945 roku została zwolniona z obozu i trafiła do Szwajcarii. W bezpiecznym kraju Karolina zajęła się spisywaniem świadectw o zbrodniach dokonywanych na polskich więźniarkach w Ravensbrück oraz o zamordowanych lwowskich profesorach. Pomimo możliwości pracy na Uniwersytecie Genewskim, Lanckorońska powróciła do Rzymu, podejmując służbę w 2 Korpusie Polskim gen. Władysława Andersa, który powierzył jej zadanie zorganizowania studiów na uczelniach włoskich demobilizowanym polskim żołnierzom. 

Praca dla nauki polskiej stała się dla Karoliny Lanckorońskiej powołaniem. Wraz z wybitnymi humanistami Henrykiem Paszkiewiczem, Stanisławem Biegańskim, Józefem Michałowskim oraz ks. prof. Walerianem Meysztowiczem powołała do życia Polski Instytut Historyczny w Rzymie. Akt założycielski podpisany został 10 listopada 1945 roku w bibliotece Stacji Naukowej Polskiej Akademii Umiejętności w Rzymie. 

W tymże Instytucie Lanckorońska brała czynny udział jako organizatorka odczytów oraz prelegentka. Jej odczyty oscylowały wokół tematyki wczesnośredniowiecznych dziejów chrześcijaństwa w Polsce. Jednak największą zasługą Karoliny w obrębie działalności PIHR była praca redakcyjna wydawanych serii „Antemurale” (1954-1985) - artykuły naukowe polskich naukowców prowadzących badania na obczyźnie, „Elementa ad Fontium Editiones” (1960-1991) - materiały źródłowe do dziejów Polski zebrane podczas kwerend w archiwach zagranicznych oraz „Acta Nuntiaturae Polonae” (1990-2002) - opracowania materiałów archiwalnych dotyczących stosunków dyplomatycznych Polski ze Stolicą Apostolską. 

Karolina Lanckorońska od najmłodszych lat uczona była poczucia służby sprawom wielkim, pomocy słabszym i potrzebującym oraz honorowej a zarazem skromnej postawy. Te wszystkie cechy towarzyszyły Karolinie w trakcie jej długiego i niezwykle bogatego życia. Przeżyła dwie wojny światowe i podczas obydwu aktywnie i z wielką odwagą walczyła o wolność i sprawiedliwość. 

Karolina Lanckorońska do ostatnich swoich dni była oddana nauce i kulturze polskiej o czym świadczą liczne stypendia dla polskich naukowców, które przyznawała dzięki założonej w 1967 roku Fundacji z Brzezia Lanckorońskich. W 1994 roku przekazała rodzinną kolekcję dzieł sztuki Zamkowi Królewskiemu w Warszawie, Zamkowi Królewskiemu na Wawelu, Polskiej Akademii Umiejętności w Krakowie oraz zbiorom Biblioteki Jagiellońskiej. 

W 1983 roku otrzymała tytuł honoris causa Uniwersytetu Jagiellońskiego. Za swoje zasługi na rzecz nauki i kultury polskiej została odznaczona licznymi orderami, m.in. Krzyżem Wielkim Orderu Odrodzenia Polski nadanym przez Lecha Wałęsę w 1991 roku. Odmówiła jednak przyjęcia orderu Orła Białego - najważniejszego odznaczenia nadawanego przez Rzeczpospolitą. 

O Karolinie Lanckorońskiej powstało wiele publikacji, wspomnień oraz filmów dokumentalnych: „Portret damy” w reżyserii Pawła Woldana z 2004 roku oraz „Karolina Lanckorońska. Polka z wyboru” w reżyserii M. Pietrasiewicza z 2021 roku. Sama była autorką wielu opracowań, publikacji naukowych, artykułów oraz wspomnień („Wspomnienia wojenne 22 września 1939 - 5 kwietnia 1945”, Kraków, 2001). 

Karolina Lanckorońska zmarła 25 sierpnia 2002 roku w Rzymie w wieku 104 lat. Jej nagrobek znajduje się na rzymskim cmentarzu Campo Verano. Była ostatnią przedstawicielką rodu Lanckorońskich.