Karolina Amálie byla dcerou vévody Kristiána Augustenburského a jeho manželky princezny Luisy Augusty, dcery dánského krále Kristiána VII. Žila v Kodani do roku 1807, kdy její rodina přesídlila do Augustenborgu.
Dánská princezna
V prosinci roku 1814 se zasnoubila s dánským korunním princem Kristiánem, který se čtyři roky předtím rozvedl se svou první manželkou Šarlotou Frederikou Meklenbursko-Zvěřínskou a právě se vrátil z Norska poté, co abdikoval z trůnu této země. Sňatek byl uzavřen v květnu roku 1815.
V letech 1816–1817 manželé žili v Odense, hlavním městě ostrova Fyn, neboť Kristián byl jmenován guvernérem tohoto největšího dánského ostrova. V letech 1819–1822 spolu uskutečnili dlouhou cestu po Evropě. Po návratu Karolina Amálie žila většinu času v Kodani, léta však trávila v zámku Sogenfri, v jednom ze svých nejoblíbenějších míst.
Zatímco její manžel se zajímal o vědy, Karolina Amálie vynikala jako hudební skladatelka, jež zkomponovala mnoho skladeb pro klavír.
Dánská královna
Po smrti Kristiánova bratrance, krále Frederika VI. v roce 1839 se Kristián s Karolinou Amálií stali dánským královským párem.
Královna participovala na četných aktivitách humanitárního charakteru, především zakládání a provozu sirotčinců. V roce 1829 založila sirotčinec v Kodani, který byl v roce 1849 rozšířen o školu. Zajímala se i o náboženské otázky a byla stoupenkyní a ochránkyní grundtvigianismu, církevního nacionalistického hnutí v Dánsku.
Karolina Amálie ovdověla 20. ledna1848; její manželství s Kristiánem zůstalo bez potomků. Zemřela v paláci Amalienborg v Kodani 9. března1881. V závěti odkázala 300.000 korun svému sirotčinci. Byla pochována po boku svého manžela v katedrále v Roskilde, místě posledního odpočinku dánských králů.