1985. június 20-án született New Yorkban, James Montel Polachek és Elizabeth Allan gyermekeként.[1] Egy- és hatéves kora között családjával Tokióban éltek, majd visszatértek Amerikába, ahol Greenwich városában telepedtek le. Kiskorától kezdve énekelt kórusban, valamint zenélt a szintetizátoron. Szülei 1994-ben elváltak.[2] Tinédzserkorától kezdve látogatott koncerteket New Yorkban, többnyire post-hardcore, punk rock és dzsessz műfajban. Középiskolás és egyetemista korában zenélt néhány zenekarban.
Polachek első komolyabb együttesét, a szintipopot játszó Chairliftet 2005-ben alapította meg Aaron Pfenninggel, akivel másodéves korában találkozott a kolorádói egyetemen. 2007-ben az együttessel New Yorkba költözött, ahol Caroline a New York Egyetemen művészettörténetet tanult, valamint az együtteshez csatlakozott Patrick Wimberly. 2007-ben az együttes megjelentette első EP-jét Daylight Savings, egy évvel később pedig első stúdióalbumát is Does You Inspire You néven. Az együttesből kilépett Pfenning, így 2012-ben Caroline és Wimberly már duóként jelentette meg a Chairlift második stúdióalbumát (Something).
2013-ban Caroline szólókarrierbe kezdett Ramona Lisa néven.[4] 2014 áprilisában megjelentette első szólóalbumát Arcadia néven.
2016-ban a Chairlift kiadta harmadik és egyben utolsó albumát (Moth), majd 2017-ben az együttes feloszlott. 2017-ben Caroline megjelentette második (Drawing the Target Around the Arrow), 2019 októberében pedig harmadik szólóalbumát (Pang).
2023. február 14-én Caroline megjelentette negyedik szólóalbumát Desire, I Want to Turn Into You címen.[5]
Magánélete
2015-től 2017-ig egy Ian Drennan nevű művésszel volt házastársi kapcsolatban.[6]
