קרולינה בטלהיים נולדה במשפחה יהודית בפשט בממלכת הונגריה והגיעה עם משפחתה לווינה כילדה צעירה. היא למדה לנגן בפסנתר אצל קרל גולדמארק. כבר בגיל שמונה הופיעה כפסנתרנית, וערכה קונצרטים קבועים בין גיל שתים עשרה לארבע עשרה. אז גילה מוריץ לאופר, מורה לפיתוח קול ידוע באותה תקופה את כישורי השירה והמשחק שלה. הוא דיבר איתה ושיכנע את הילדה שהתכוננה להיות אמנית אינסטרומנטלית שתמשיך על על הבמה. הוא לימד את בטלהיים במשך שנתיים.
בשיא הקריירה שלה, בשנת 1867, נישאה ליוליוס ריטר פון גומפרץ (1823–1909), תעשיין, נשיא לשכת המסחר והתעשייה של ברנו, חבר בבית העליון של אוסטריה.[2] הבעל עמד על כך שבטלהיים תפסיק להופיע בפומבי, ולכן אשתו הופיעה אך ורק בקונצרטים ביתיים. בפרידתה היא קיבלה את התואר "זמרת חצר" באופרה של וינה.
בווילה שלהם בדבלינג פועל כיום בית הספר למוזיקה של העיר וינה.[3]
