Die in Hessen geborene Mezzosopranistin begann ihr Gesangsstudium 2007 an der Berliner Universität der Künste bei Prof. Ute Trekel- Burckhardt. Sie ist Stipendiatin der Walter Karminsky Stiftung und vervollständigte ihre Ausbildung nach ihrem B.A.-Abschluss 2011 mit der von der Opernwelt für die Beste Produktion des Jahres 2011 nominierte Inszenierung von Frank Hilbrich, als Studienstipendiatin an der Musikhochschule Basel sowie bei Dominik Wortig, Hedwig Fassbender, Ulrike Sonntag und in der Liedklasse von Eric Schneider.

Carolin Löffler war als Hauptrolle der Femme in der Oper La voix humaine und als Stiefmutter in der Kinderoper von E.W. Ferraris Aschenputtel an der Staatsoper unter den Linden, Berlin zu sehen, sowie als Blumenmädchen in Wagners Parsifal und als Mirabella in Strauß Zigeunerbaron am Staatstheater Braunschweig, wo sie auch den Hänsel in Hänsel und Gretel von Humperdinck gab. Carolin Löffler übernahm des Weiteren die Rolle des Cherubino in Figaros Hochzeit am Theater Nordhausen sowie die Rolle der Dido in Purcells Oper Dido und Aeneas. Sie gastierte am Staatstheater Mainz und gab die Zeitel aus dem Musical Anatefka bei den Eutiner Festspielen. Als Preisträgerin des internationalen Gesangswettbewerbes Kammeroper Schloss Rheinsberg sang sie die Partie des Cherubino aus Figaros Hochzeit. Des Weiteren verkörperte sie L'enfant in Ravels L'enfant et les sortileges im Rahmen des Festivals Dorf macht Oper mit dem RSO Berlin sowie die Euphelia in Salieris Barockoper La Grotta di Trophonio und die Bastienne in Mozarts Bastien und Bastienne beim Festival Schloss Britz-Berlin sowie als Hänsel in der Wanderoper Brandenburg. Carolin Löffler erhielt das KlangKunst Buhnen Stipendium in dessen Rahmen sie mit Constanza Macras das spartenübergreifende Musiktheater- und Tanz-Projekt Welcome Home unter großem Erfolg zur Aufführung brachte.

In den Spielzeiten 2015/2016 und 2016/2017 war Carolin Löffler festes Ensemblemitglied im Musiktheater des Stadttheaters Bremerhaven.