Ukończyła reżyserię na Wydziale Radia i Telewizji Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach oraz Studio Prób w Mistrzowskiej Szkole Reżyserii Filmowej Andrzeja Wajdy w Warszawie. Jej etiudy filmowe oraz filmy dokumentalne były prezentowane i nagradzane na festiwalach w Polsce i za granicą.
Jej absolutoryjny film "Koniec lata" w 2007 roku otrzymał m. in. Nagrodę Złotego Kota dla najlepszego filmu na Międzynarodowym Festiwalu Filmowym w tureckim Izmirze, a rok później także Złoty Medal Światowej Unii Kina Niezależnego na Międzynarodowym Festiwalu Kina Niezależnego UNICA w Tunezji. Ta dwudziestominutowa fabularna etiuda była opowieścią o samotnym ojcu i samotnej matce, którzy pewnego dnia spotykają się na bałtyckiej plaży. W skromnej, subtelnie zarysowanej historyjce Bielawska opowiadała o ulotności uczucia i niewykorzystanej szansie na miłość.
W 2009 roku wraz z Julią Ruszkiewicz zrealizowała dokument "Warszawa do wzięcia". Opowiadała w nim historię trzech dziewczyn mieszkających w popegeerowskich wsiach, które pewnego dnia postanawiają wyjechać z prowincji do Warszawy, by w niej zacząć nowe, lepsze życie. W stolicy bohaterki zderzały się z trudną bolesną rzeczywistością, a ich marzenia zostawały zweryfikowane. Pełen empatii film Karoliny Bielawskiej w 2010 roku został nagrodzony Złotym Lajkonikiem dla najlepszego filmu polskiego 50. Krakowskiego Festiwalu Filmowego.
Po laury krakowskiej imprezy sięgnął także kolejny obraz Bielawskiej, "Mów mi Marianna" z 2015 roku. To piękna, intymna opowieść o transseksualnej kobiecie, która w wieku 40 lat decyduje się na korektę płci. Karolina Bielawska przez trzy lata towarzyszyła tytułowej Mariannie w walce o prawo do bycia sobą, wysłuchiwała jej historii i stała się ważnym uczestnikiem życia bohaterki.
Ten film (…) nie powstał z obserwacji, tylko z relacji, która się między nami zawiązała. Jej życie stało się w pewnej części moim życiem. To jest jej walka o akceptację, miłość i godność, w której uczestniczyłam"
– mówiła reżyserka w "Wysokich Obcasach".
Za swój film Bielawska otrzymała m.in. Złoty Róg dla najlepszego dokumentu 55. Krakowskiego Festiwalu Filmowego, a także nagrody festiwali w Sankt Petersburgu, Lizbonie, Locarno i Los Angeles Gdy w 2015 roku Karolina Bielawska otrzymywała nominację do Paszportu Polityki, Bożena Janicka z miesięcznika "Kino" pisała o reżyserce, iż "łączy świetne opanowanie warsztatu dokumentalnego z głębokim zrozumieniem wymogów moralnych tego zawodu, poczuciem odpowiedzialności za bohatera dokumentu, czyli autentycznego człowieka" .