In der &lt;a href="Biathlon-Weltcup%202015/16"&gt;Saison 2015/16&lt;/a&gt; startete Karolin Horchler zunächst nur im Einzelrennen in Ruhpolding. Als über Nacht Vanessa Hinz krank wurde, beorderten die Trainer Horchler, die sich bereits auf dem Weg zu den Rennen des IBU-Cups in Südtirol befand, zurück nach Ruhpolding. Sie ging als Startläuferin ins Rennen, und obwohl Miriam Gössner zwei Strafrunden absolvieren musste, belegte die deutsche Staffel nach einer Aufholjagd von Maren Hammerschmidt mit Schlussläuferin Laura Dahlmeier den zweiten Platz. Es war Horchlers erste Podiumsplatzierung im Biahtlonweltcup. Im Sprint von Canmore konnte sie erstmals mit einem neunten Platz ein Top-10-Ergebnis erreichen und sich damit zum ersten Mal im Weltcup für den Massenstart qualifizieren. In Presque Isle stand sie gemeinsam mit Franziska Preuß, Luise Kummer und Miriam Gössner für die deutsche Staffel am Start. Nach einer Strafrunde von Gössner ging Horchler als Fünfte mit einem Rückstand von über 40 Sekunden ins Rennen. Mit einer guten Schiessleistung verbesserte sich Horchler zwischenzeitlich auf Rang zwei, musste sich im Zielsprint jedoch Olena Pidhrushna aus der Ukraine geschlagen geben und erreichte als Dritte das Ziel. Sie konnte sich nicht für die Biathlon-WM in Oslo qualifizieren und nahm auch nicht an den letzten Rennen der Saison im russischen Chanty-Mansijsk teil. Sie nahm jedoch an den Biathlon-Europameisterschaften 2016 im russischen Tjumen teil und gewann sowohl im Sprint als auch in der Verfolgung die Silbermedaille. Gemeinsam mit ihrer Schwester Nadine, Matthias Bischl und Florian Graf erreichte sie in der Mixedstaffel nur den vierten Rang, nachdem Graf als Schlussläufer in Führung liegend drei Strafrunden nach dem Liegenschießen absolvieren musste. Im Gesamtweltcup belegte sie den 63. Platz.