Para 2015, una lesión consistente en una rotura fibrilar en el gemelo izquierdo, le hizo retrasar su inicio de temporada. Aunque viajó en marzo al Grand Prix de Thiais, decidió a última hora no participar. Debutó en abril en la Copa de la Reina de gimnasia rítmica, donde logró tres oros: por equipos con Castilla y León, en mazas y en cinta. En mayo, Carolina disputó el Campeonato de Europa de Minsk, donde obtuvo junto a Natalia García la 7ª posición por equipos. Ese mismo mes, participó en el Grand Prix de Jolón, donde fue 13ª en la general. En junio consiguió la 15ª plaza en el Masters de Berlín. Ese mismo mes acabó 13ª en los Juegos Europeos de Bakú 2015. El 4 de julio en Pontevedra se proclamó por séptimo año consecutivo y octava vez en su carrera campeona de España en categoría de honor, igualando entonces la marca de Almudena Cid en dicha categoría. Además, Carolina alcanzaba así un total de 11 títulos nacionales en el concurso general sumando todas las categorías. Ese mismo mes logró las 5 medallas de oro en juego en el Torneo Internacional de Esmirna (Turquía). En agosto volvió a conseguir 5 oros en la Asker Cup de Noruega. En septiembre de 2015, en el Campeonato del Mundo de Stuttgart, consiguió el 9º puesto en el concurso general individual, su mejor posición en la general de un Campeonato Mundial, logrando así la clasificación directa para disputar los Juegos Olímpicos de Río de Janeiro 2016. Asimismo, fue 10ª en la competición por equipos junto a Natalia García, Sara Llana y Polina Berezina. En noviembre de 2015 volvió a participar en el Euskalgym de Vitoria.