Gimė karo pabėgėlio, Lietuvos visuomenės veikėjo Jono Masiulio šeimoje. Siekdama geriau pažinti gimtąją kalbą, lankė Žibunto Mikšio lietuvių kalbos pamokas Paryžiaus Rytų kalbų ir civilizacijų institute. Aktorystės mokėsi dramos teatro Charles Dullin mokykloje, studijavo istoriją Sorbonos universitete. Vėliau mokslus tęsė Valstybinėje dramos mokykloje. Įvairiose teatrų trupėse dažniausiai vaidindavo jaunas išauklėtas, doras merginas. Po to vad. teatrinėse kavinėse (pranc. café théâtre) pristatydavo humoristinius mono spektaklius. Prodiuseris Philippe Bouvard priėmė ją dirbti į televizijos humoro programą „Le Petit Théâtre de Bouvard“, šis projektas tęsėsi septynerius metus.
1986 m. su kitu lietuvių kilmės prancūzų aktoriumi Žanu Kristupu Mončiu (skulptoriaus Antano Mončio sūnumi) sukūrė spektaklį apie žinomą disidentę ir kovotoją už tikėjimo laisvę Sovietų Lietuvoje Nijolę Sadūnaitę. Šis, Martine Merri režisuotas, vaidinimas sulaukė itin palankaus prancūzų žiūrovų įvertinimo. Spektaklis buvo nufilmuotas, jį vėliau parodė Lietuvos televizija. Aktorė taip pat vaidino Jean-Philippe Toussaint režisuotame filme „Sevilietis“ (pranc. La sévillane, 1992 m.).
1994 m. Karolina su vyru JAV lietuviu Arūnu Paliuliu ir dukra Lina persikėlė gyventi į Lietuvą. Šeima atgavo buv. nacionalizuotą senelio Juozo Masiulio knygyną Panevėžyje. Knygų prekybos geografija buvo išplėsta – įsteigti J. Masiulio vardo knygynai Vilniuje ir Kaune.
Neužmiršta liko ir aktorės profesija – K. Masiulytė-Paliulienė vaidino režisieriaus Igno Jonyno filme „Sekmadienis toks, koks yra“, kartu su Petru Venclovu ar Ligita Kondrotaite įvairiuose renginiuose skaitė prancūzų autorių poeziją. Pati pastatė du prancūziškus spektaklius „Madame Ka“ ir „Ça c’est Paris“.
Aktorė yra Lietuvos frankofonų literatūrinė premijos (pranc. Le Prix du livre francophone) žiuri pirmininkė, ji išrinkta Lietuvos-Prancūzijos asociacijos prezidente.
