W 2003 roku ukończyła Akademię Teatralną. Dobrze znana z roli Gieni w serialu Boża podszewka w reżyserii Izabelli Cywińskiej. Przełomowa w karierze Karoliny Gruszki okazała się rola Oli w filmie Kochankowie z Marony, za którą otrzymała nagrodę dla najlepszej aktorki pierwszoplanowej na 30. Festiwalu Polskich Filmów Fabularnych w Gdyni oraz nominację do Polskiej Nagrody Filmowej Orzeł 2007. Należy do szczupłego kręgu polskich aktorek angażowanych także do filmów zagranicznych, m.in. przez Davida Lyncha do Inland Empire.

Karolina Gruszka przygodę z aktorstwem zaczęła mając dziewięć lat. Zauważona w jednym z telewizyjnych programów dziecięcych przez agenta Jerzego Gudejkę statystowała w filmie Chopin w zamku Krzysztofa Zanussiego w 1993 roku. Rodzice obawiali się, że z powodu castingów może zawalić naukę, więc zadebiutowała później. Kiedy miała czternaście lat, skontaktował się z nią Gudejko i polecił Izabelli Cywińskiej. W ten sposób nastoletnia Gruszka zagrała rolę Gieniusi w Bożej podszewce. Aktorka uważa, że to praca z Cywińską dała jej najwięcej: "Pokazała mi, że ten zawód może być sposobem na rozumienie siebie i świata." Za drugiego twórcę, który wpłynął na jej podejście do grania, uważa Davida Lyncha: "Nauczyłam się od niego, że trzeba wierzyć swojej intuicji i walczyć o swoje pomysły." Zagrała też role Wiktorii w filmie Marka Koterskiego Wszyscy jesteśmy Chrystusami, Magdy w komedii Francuski numer Roberta Wichrowskiego i kilkadziesiąt innych w filmach i serialach reżyserowanych m.in. przez Kazimierza Kutza, Macieja Dejczera, Filipa Bajona, Jana Jakuba Kolskiego.

Karolina Gruszka w latach 2003-2008 była aktorką Teatru Narodowego, z którym nadal współpracuje. Niedawno dla jego potrzeb zagrała w przetłumaczonym przez siebie dramacie Taniec 'Delhi' , pióra i reżyserii Iwana Wyrypajewa. Pracowała z nim już przy kilku filmach i przedstawieniach, zarówno w Polsce, jak i w Rosji.