Ukończyła gimnazjum w Wiedniu (Freyung), w latach 1917–1921 studiowała, również w Wiedniu, historię sztuki. W 1926 na Uniwersytecie Wiedeńskim obroniła doktorat. Zajmowała się głównie zagadnieniami sztuki baroku i twórczością Michała Anioła. W 1935 habilitowała się na Uniwersytecie Jana Kazimierza we Lwowie na podstawie rozprawy Dekoracja malarska kościoła Il Gesu w Rzymie (wkrótce wydanej drukiem) i została zatrudniona na tej uczelni jako docent, kierownik katedry historii sztuki na Wydziale Humanistycznym. Jednocześnie pełniła funkcję sekretarza Towarzystwa Polskich Badań Historycznych we Lwowie. W październiku 1936 otrzymała prawo veniam legendi z zakresu historii sztuki na Wydziale HumanistycznymUniwersytetu Jana Kazimierza we Lwowie[2]. Odbyła serię wyjazdów naukowych do Anglii i Holandii, m.in. do London School of Economics, gdzie przebywała w roku 1936/1937.
Wybuch wojny zastał ją we Lwowie. Po zajęciu miasta przez Armię Czerwoną przez pewien czas kontynuowała wykłady na Uniwersytecie Lwowskim. Zaangażowała się w działalność konspiracyjną. Wobec zagrożenia aresztowaniem przez NKWD skorzystała z możliwości wymiany ludności między terenami polskimi okupowanymi przez ZSRR i hitlerowskie Niemcy i przeszła 3 maja 1940 na ziemie okupowane przez Niemców. Służyła w szeregach Związku Walki Zbrojnej, a następnie w Armii Krajowej (porucznik). Z polecenia dowództwa konspiracyjnego brała udział w pracach uznawanej przez Niemców Rady Głównej Opiekuńczej, utrzymując m.in. kontakt z wieloletnim przyjacielem rodziny, arcybiskupem krakowskim Adamem Sapiehą[3].
W końcu 1941 kilkakrotnie przebywała we Lwowie z pomocą więzionym w tamtejszych więzieniach i w celu stworzenia silnej placówki RGO we Lwowie obejmującą opieką całą Małopolskę Wschodnią[4].
W styczniu 1942 przyjechała ponownie do Lwowa z zadaniem zorganizowania filii Rady Głównej Opiekuńczej (tzw. Komitetu Polskiego) w województwie stanisławowskim. Wkrótce jednak (maj 1942) została w Kołomyi aresztowana przez Gestapo i po przewiezieniu do Stanisławowa przesłuchiwał ją szef Gestapo w Stanisławowie, hauptsturmführer Hans Krüger, znany z akcji wymordowania polskiej inteligencji w Stanisławowie. W przekonaniu, że aresztowana wkrótce poniesie śmierć, oficer Gestapo pochwalił się przed nią swoją decydującą rolą także w mordzie profesorów lwowskich (3 na 4 lipca 1941). Już po wojnie zeznania Lanckorońskiej oraz przekazany b. rektorowi Uniwersytetu Lwowskiego Stanisławowi Kulczyńskiemu tzw. Raport Karli Lanckorońskiej (opublikowany w 1977) były ważnymi dowodami przy próbach wyjaśnienia zbrodni lwowskiej[5].
Lanckorońska została przeniesiona ze Stanisławowa do Lwowa, a następnie 9 stycznia 1943 wysłana do obozu koncentracyjnego Ravensbrück (nr obozowy 16076), doczekała tam jednak zwolnienia. U schyłku wojny 5 kwietnia 1945 uwolniono ją po interwencji Carla J. Burckhardta, prezesa Międzynarodowego Czerwonego Krzyża[6]. Wydarzenia wojenne opisała w książce Wspomnienia wojenne 22 IX 1939 – 5 IV 1945 nominowanej do Nagrody Literackiej Nike 2002[7][8].
Po wojnie
Po wojnie osiadła we Włoszech. Krótko po uwolnieniu z obozu podjęła współpracę z 2 Korpusem Polskim generała Władysława Andersa jako oficer prasowy. Zajęła się m.in. organizacją studiów dla zdemobilizowanych żołnierzy (ok. 1300 osób) na emigracji. W 1945 była jednym z inicjatorów założenia Polskiego Instytutu Historycznego w Rzymie. Do jego powstania przyczyniła się także finansowo, sama stanęła na czele Instytutu jako dyrektor. W ramach Instytutu zainicjowała wydawanie czasopisma „Antemurale” (rocznik, 1954–1982, 30 tomów) i serii: „Elementa ad Fontium Editiones” (do 1987 75 tomów) i „Acta Nuntiaturae Polonae” (od 1990), upowszechniających ważne źródła dotyczące historii Polski (m.in. dziejów nuncjatury apostolskiej w Polsce). Członek-założyciel Polskiego Towarzystwa Naukowego na Obczyźnie.
W 1967 była świadkiem na procesie Hansa Krügera w Münster, gestapowca ze Stanisławowa[9].
Założyła Fundusz im. Karola Lanckorońskiego (od 1967 pod nazwą Fundacja Lanckorońskich z Brzezia z siedzibą w szwajcarskim Fryburgu i w Londynie), wspierający zarówno polskie instytucje emigracyjne (m.in. założony i kierowany przez nią Polski Instytut Historyczny w Rzymie, Biblioteka Polska w Paryżu) i krajowe (głównie biblioteki uniwersyteckie), jak i odbiorców indywidualnych (stypendia dla polskich naukowców przygotowujących rozprawy doktorskie i habilitacyjne poza krajem, współfinansowanie leków dla pracowników Uniwersytetu Jagiellońskiego). Na emigracji kontynuowała pracę naukową, pozostając aktywną do późnych lat życia. W połowie lat 50. prowadziła badania domniemanego grobowca Bolesława Śmiałego w Ossiach w Karyntii. Królowi Bolesławowi i jego konfliktowi z biskupem Stanisławem ze Szczepanowa poświęciła artykuł W sprawie sporu między Bolesławem Śmiałym a św. Stanisławem („Teki Historyczne”, tom IX, 1958).
W 1994 Karolina Lanckorońska ofiarowała Polsce zachowaną część kolekcji dzieł sztuki, zgromadzonej przez jej ojca w pałacu Lanckorońskich w Wiedniu[10].
Profesor Karolina Lanckorońska była ostatnim przedstawicielem rodziny Lanckorońskich[11]. Chcąc zapewnić ciągłość rodu hrabiów Lanckorońskich usynowiła księcia Jana Lubomirskiego. Jan Lubomirski-Lanckoroński, przyjmując drugi człon nazwiska, stał się kontynuatorem tradycji rodziny hrabiów Lanckorońskich, z której pochodziła jego praprababka Elżbieta z Lanckorońskich baronowa de Vaux[12][13].
Karolina Lanckorońska upamiętniona została w ramach projektu „słynni Polacy XX w.” popiersiem, które stoi w parku im. Henryka Jordana w Krakowie (V.2) – odsłonięcie 2 maja 2010.
Jerzy Miziołek, The Lanckoronski collection in Poland, „Antichità viva” 34 (1995), Nr. 3 (1995), s. 27–49 [1]
Jerzy Miziołek, „Flammans pro recto”. Kilka myśli o ostatnich z rodu Lanckorońskich, czyli o patriotyzmie, europejskiej kulturze artystycznej i tradycji antyku, „Konteksty. Polska Sztuka Ludowa. Antropologia kultury – Etnografia – Sztuka” 63 (2009), Nr. 3, s. 90–109 [2]