En 1978 y con apenas 21 años se casa con el playboy Philippe Junot a pesar de la negativa de sus padres, que tuvieron que aceptar a regañadientes el matrimonio de su primogénita. Dos años después la pareja se separaba y se divorcia pero no obtienen la nulidad como consecuencia de la negativa de la Santa Sede. En 1983 Carolina se casa con el millonario Stefano Casiraghi, con quien tuvo tres hijos. Sin embargo nueve años después, Stefano fallece en un accidente deportivo, justo dos años antes de que el Vaticano otorgue la nulidad eclesiástica al primer matrimonio de la princesa. En 1999 vuelve a casarse, esta vez con Ernesto de Hannover, y aunque el matrimonio se mantiene, de vez en cuando surgen nuevos rumores sobre una posible separación.