Как и многие другие профессиональные теннисисты, Возняцки родилась в спортивной семье. Родители Каролин — Петр и Анна — оба были профессиональными спортсменами. Анна играла в сборной Польши по волейболу, у Петра за плечами карьера профессионального футболиста. Ее брат Патрик также является спортсменом – он профессиональный футболист. Польская семья переехала в Данию в конце 80-х годов, когда Петр получил приглашение от датского футбольного клуба, и спустя примерно два года, 11июля 1990 года, в маленьком городке Оденсе, где когда-то жил Ганс Христиан Андерсен, родилась Каролин.

Уже в 2 года она училась плавать, потом играла в футбол, а затем и в теннис. К этому моменту ей уже было 7 лет, но сравнительно позднее приобщение к теннису имело и свои положительные стороны — девочка влюбилась в игру и тренировалась часами без всякого давления со стороны родителей. Усиленные тренировки быстро дали результат. 9-летняя Каро обыграла всех членов своей семьи и начала заниматься в национальном теннисном центре Дании под руководством тренера Мортена Кристенсена. В 2005 году она выиграла Orange Bowl, спустя несколько месяцев вошла в финал юниорского Australian Open, и за несколько дней до 16-го дня рождения победила на юниорском «Уимблдоне», играя против соперниц, которые в основном были значительно старше нее. Перед переходом во взрослый тур решила стать первой ракеткой среди юниоров, и поехала на US Open в юниорском разряде. В первом круге, во время трудного матча с россиянкой Александрой Пановой Возняцки сочла решение арбитра на линии неправильными, и выругалась в его адрес, за что тут же была дисквалифицирована.

В свой первый год в туре (2006) она выиграла турнир ITF в Стамбуле и дважды побывала в четвертьфиналах турниров WTA (Мемфис, Стокгольм). Начав 2007 год 237-й ракеткой мира, 16-летняя теннисистка поставила себе цель закончить его в сотне. Спустя несколько дней после 17-го дня рождения цель была достигнута при помощи еще двух титулов ITF, четвертьфиналов в Фесе и Стокгольме и полуфинала в Токио.

Целью 2008 года было объявлено вхождение в Топ-50, и уже в конце января, после попадания в 4-й круг Открытого чемпионата Австралии, это было сделано. Потом были четвертьфиналы в Дохе, Мемфисе и Истбурне, 3-й круг «Ролан Гаррос», 3-й круг «Уимблдона» и 30-е место в рейтинге (это при травме левой лодыжки в апреле). Далее Каролин выиграла свой первый WTA турнир – Nordic Light Open в Стокгольме, не проиграв ни сета ни в одном матче. Далее она дошла до 3-го круга на Олимпиаде, где проиграла будущей чемпионке – Елене Дементьевой, а затем выиграла турнир в Нью-Хевене. В конце года Возняцки дошла до 4-го круга US Open, а затем выиграла 3-ий турнир за карьеру – AIG Japan Open. В результате, к концу года она занимала 12-ю, оптимальную для нее (в новых правилах WTA к игрокам Топ-10 предъявляются жесткие требования) строчку в рейтинге WTA.

На Australian Open-2009 дошла до 3-го круга, где проиграла сенсации турнира – Елене Докич.

После окончания обучения в гимназии собирается поступать в университет. Как и многие звезды, с 2007 года она живет в Монте-Карло, хотя Дания по-прежнему близка ее сердцу: «Там очень красиво и люди прекрасные. Хотя иногда слишком дождливо». Еще она жалуется, что звание «единственной датчанки в туре» порой заставляет чувствовать себя одиноко — и поговорить не с кем, и повспоминать, да просто не хватает родной атмосферы».