Karla, jak ją nazywano, dzieciństwo i okres nauki spędziła w Wiedniu i Rzymie. Studiowała historię sztuki. W niepodległej już Polsce osiedliła się we Lwowie, gdzie podjęła pracę na tamtejszym uniwersytecie. Tam została pierwszą kobietą w kraju, która uzyskała habilitację z historii sztuki. Gdy wybuchła wojna, wstąpiła do ruchu oporu. Została podporucznikiem w Armii Krajowej. Pracowała również dla Polskiego Czerwonego Krzyża, organizując żywność dla więźniów i jeńców wojennych.
W połowie 1942 roku została aresztowana, a po długim śledztwie 9 stycznia 1943 roku trafiła do obozu Ravensbrück. Do tego momentu nie wiedziała dokładnie, czym jest obóz koncentracyjny. Polskie kobiety uwięzione w obozie szybko zapoznały Lanckorońską, która dla Niemców funkcjonowała pod numerem 16076, z obozowym życiem. W bloku otrzymała stanowisko stubbeführerki (nadzorczyni jednej z sal w obozowym baraku). Dzięki temu mogła swobodniej poruszać się po obozie, co wykorzystała do zbierania informacji.
Szybko dowiedziała się o egzekucjach przeprowadzanych na więźniach politycznych oraz o tym, że dzieci rodzące się w obozie były wrzucane do pieca centralnego ogrzewania. Poznała także losy kobiet więzionych w obozie, na których przeprowadzano eksperymenty medyczne. Kobiety te były nazywane „królikami” i operował na nich dr K. Gebhardt. Podczas operacji łamano i przeszczepiano kości, pobierano materiał kostny. Celem eksperymentów było porównanie gojenia się kości. Lanckorońska wspomina spotkanie z „królikami” w następujący sposób:
Czekała na mnie młoda osoba (…) i powiedziała szeptem: „Pani, proszę wejść ze mną do pokoju po lewej, są tam króliki, te, które zostały niedawno operowane. Powinnaś je zobaczyć, może wyjdziesz żywa, masz dużo przyjaciół za granicą. Uwierz im“. Weszłyśmy do małego pokoju, w którym leżało pięć młodych dziewczyn. Najbliżej drzwi leżała młoda dziewczyna, może dwudziestoletnia, blondynka. Przewodniczka poprosiła je, by odkryły nogi. Zauważyłam, oprócz opatrunku, dwa lub trzy stare blizny po wcześniejszych operacjach, każda miała około 20 cm długości, powyżej lub poniżej kolana (…) przewodniczka zdążyła powiedzieć mi, że „króliki” są teraz leczone, że różnią się od tych, które były operowane wcześniej. Wtedy leżały całkowicie porzucone, oszczędzały się nawzajem, nikt nie miał do nich dostępu, nie miały nawet wody.
Jeszcze w 1943 roku Karolinie Lanckorońskiej udało się wysłać zaszyfrowany raport z obozu do komendanta Armii Krajowej, generała Tadeusza Komorowskiego, w którym informowała o zbrodniach popełnianych w obozie.
Ponadto Lanckorońska wygłaszała w obozie wykłady z historii sztuki i troszczyła się o swoje współwięźniarki. Była gospodynią w bloku dla francuskich i żydowskich kobiet, a później w bloku dla N-N (Nacht und Nebel) – Norweżek, Belgijek, Holenderek, Francuzek oraz „królików”. Lanckorońska wykorzystywała swoją funkcję, aby zdobywać dodatkowe jedzenie i medykamenty. Kobiety, na których przeprowadzano eksperymenty medyczne, były ukrywane w różnych blokach, między innymi przez przypisanie im numerów zmarłych więźniarek, aby Niemcy nie mogli ich zidentyfikować.
Jak wspominała Karolina Lanckorońska, 4 lutego 1945 roku doszło do pewnego rodzaju buntu wśród więźniarek, gdy dowiedziały się, że władze obozowe planują egzekucję wszystkich „królików”. Kiedy Niemcy otoczyli bloki, w których przebywały kobiety po przeprowadzonych eksperymentach medycznych, więźniarki wyłączyły elektryczność w obozie i ukryły poszukiwane kobiety pod osłoną nocy.
Karolina Lanckorońska została uwolniona z obozu 5 kwietnia 1945 roku po interwencji przewodniczącego Międzynarodowego Czerwonego Krzyża, Carla J. Burckhardta. Pod koniec tego samego miesiąca większość kobiet uwięzionych w obozie wyruszyła w tzw. marsz śmierci. 30 kwietnia 1945 roku oboz został wyzwolony przez Armię Czerwoną.