Caroline Lagerfelt est la fille du baron Karl-Gustav Lagerfelt, un diplomatesuédois, et de Sara Champion de Crespigny[1]. Après ses études en Europe, elle part pour les États-Unis et apprend le métier d'actrice à l'American Academy of Dramatic Arts. Elle entame ensuite une carrière au théâtre en jouant dans des pièces à Broadway et off-Broadway[2].
Elle joue surtout au théâtre dans les années 1970 et 1980 avant de se tourner de plus en plus vers la télévision, où elle interprète notamment des rôles récurrents dans les séries Nash Bridges et Gossip Girl. Au cinéma, elle apparaît notamment dans les films Aigle de fer (1986) et Minority Report (2002).