Caroliussen var stortingsrepresentant i åtte perioder. Han representerte Vesteraalen krets fra 1916 til 1921 og Nordland fylke fra 1922 til 1945. Han var vararepresentant 1913–1915. Han var medlem av landbrukskomiteen (1916–1921) og veikomiteen 1922–1930). Resten av stortingstida var han nestformann i post-, telegraf- og kystfartskomiteen.