Erste internationale Erfahrungen sammelte Karolina Kołeczek bei der Premiere der Olympischen Jugend-Sommerspiele in Singapur, bei denen sie ihren Vorlauf aber nicht beenden konnte. Im Jahr darauf gelangte sie bei den Junioreneuropameisterschaften in Tallinn bis ins Halbfinale und schied dort mit 14,03 s aus und auch bei den Juniorenweltmeisterschaften 2012 in Barcelona schied sie mit 13,66 s im Halbfinale aus. 2013 gewann sie bei den U23-Europameisterschaften in Tampere in 13,30 s die Silbermedaille hinter der Norwegerin Isabelle Pedersen und belegte anschließend bei den Spielen der Frankophonie in Nizza in 14,08 s den achten Platz. 2014 erreichte sie bei den Europameisterschaften in Zürich das Halbfinale, in dem sie mit 13,20 s ausschied. 2015 schied sie bei den Halleneuropameisterschaften in Prag mit 8,05 s im Semifinale über 60 m Hürden aus. Es folgte eine weitere Silbermedaille bei den U23-Europameisterschaften in Tallinn in 12,92 s hinter der Schweizerin Noemi Zbären. Daraufhin gelangte sie bei den Weltmeisterschaften in Peking bis in das Halbfinale und schied dort mit 12,97 s aus. Auch bei den Leichtathletik-Europameisterschaften 2016 in Amsterdam schied sie mit 13,09 s im Halbfinale aus und nahm anschließend an den Olympischen Spielen in Rio de Janeiro teil, bei denen sie mit 13,04 s im Vorlauf ausschied.