Писательница пришла в наш мир 13 ноября 1785 года. Она — единственная дочь англо-ирландского графа Фредерика Понсонби и Генриетты. Леди Каролина приходилась кузиной Аннабелле, леди Байрон, которая позже вышла замуж за поэта. Девушка была хрупким ребенком и чуть не умерла от кишечной инфекции, когда находилась в Италии с матерью. В детстве Каролина вела себя как сорванец. Из-за того, что не получила формального образования, она не умела читать до позднего подросткового возраста. Ее обучали частные репетиторы и гувернантка, которая, как считается, пробудила в ней любовь к литературе. Вскоре Лэм овладела искусством письма и заинтересовалась портретными набросками, а позже была подготовлена к придворной жизни.
Самым значительным произведением писательницы стал готический роман «Гленарвон», опубликованный в 1816 году. Он был выпущен анонимно. В нем рассказывается история любовника, который воевал, был героем, а потом стал предателем. Именно в этой книге был впервые изображен «байронический герой», не считая оригинальных работ самого Байрона. Хотя произведение стало весьма популярным, критикам оно не понравилось, и они назвали его криминальным чтивом. В 1819 году Каролина Лэм скопировала стиль Байрона в поэтическом произведении «Новая песнь». Она опубликовала еще три романа: «Грэм Гамильтон» (1822), «Ада Рейс» (1823) и «Пенруддок» (1823). Последний был известен как ее «карманный дневник» и вышел в Англии.
Эта женщина связала себя узами брака с подающим надежды политиком Уильямом Лэмом в 1815 году. Ей тогда было 17 лет, и поначалу их брак был мирным. Позже Уильям стал виконтом Мельбурна и премьер-министром Великобритании. 11 августа 1807 года у них родился сын Джордж Август Фредерик. Однако он страдал аутизмом. В 1809 году у пары также родилась недоношенная дочь. К сожалению, девочка не выжила. Леди Каролина была истощена во время родов. Лэм заботилась о своем сыне дома, вместо того, чтобы отправить его в психиатрическую лечебницу. Однако смерть дочери и болезнь сына, а также напряженная политическая карьера мужа создали проблемы в ее семейной жизни. Более того, Каролина не нравилась семье Уильяма, которая называла ее «маленьким зверьком». Возможно, эта пустота в личной жизни привела к тому, что у нее начался бурный роман с Байроном. Уильям и Каролина расстались в 1825 году. К тому времени у них обоих были внебрачные связи. Она начала жить в Брокет-холле. На закате жизни писательница боролась с алкоголизмом. К 1827 году страдала от водянки, болезни, которая сейчас известна как отек. Писательница покинула наш мир 25 января 1828 года. На момент смерти ей было 43 года. Уильям больше не женился и занял пост премьер-министра Великобритании в 1834 году. Лэм была похоронена на кладбище церкви Св. Этельдреды (Хатфилд).
Вышедший в 1905 году роман Мэри Огасты Уорд «Женитьба Уильяма Эша» был основан на жизни Каролины и Уильяма. Фильм 1972 года «Леди Каролина Лэм» повествовал ее историю. В нем снимались Сара Майлз, Джон Финч и Ричард Чемберлен.