Carolina Sandgren är utbildad vid Kungliga Musikhögskolan och Operahögskolan i Stockholm. Hon debuterade 1993 mot barytonen Ingvar Wixell i rollerna Nannetta i Falstaff och Gilda i Rigoletto.
Carolina Sandgren har sjungit ett femtiotal roller internationellt och på GöteborgsOperan: titelrollen i Tosca, Gutrune i Ragnarök, Freja i Rhenguldet, Hortence Schneider i Champagnetårar, Nedda i Pagliacci, Chrysothemis i Elektra, Thalia i Platée, Konstanze och Blondchen i Enleveringen ur seraljen, Donna Elvira och Zerlina i Don Giovanni, Susanna, Grevinnan och Marcelina i Figaros bröllop, Nella i Gianni Schicchi, Rosa-Linda i Läderlappen, Angéle Didier i Greven av Luxemburg, Valencienne i Glada änkan, Syster Constance i Karmelitsystrarna, Oscar i Maskeradbalen, Kunigunda i Candide, Antonia i Hoffmanns äventyr, Alice Ford i Falstaff, Andra damen och Pamina i Trollflöjten, Musetta i La bohème, Tatjana i Eugen Onegin, Aksinja i Lady Macbeth från Mtsensk, Violetta i La traviata, Gertrude i Hans och Greta och Fru Mozart samt Drottning i Richard Söderbergs opera Askungen på Ystads teater.
Vidare har hon gästat bl. a. Kungliga Operan, Drottningholms Slottsteater, Malmö Opera, Det Kongelige Opera i Köpenhamn, Welsh National Opera samt Nationaloperorna i Prag, Weimar och Essen. Hon är också återkommande solist med bl.a. Göteborgs Symfoniker. Tillsammans med Göteborg Wind Orchestra och med Magnus Rosén band turnerade hon i Kina 2013.
Carolina Sandgren har gjort flera cd-, dvd- och tv-inspelningar med bl.a. Glada änkan och Läderlappen. Hon har belönats med Göteborgs Stads förtjänsttecken.
