Caroline Seger débute sa carrière à Linköpings en 2005. Elle rejoint ensuite les États-Unis où elle remporte notamment le championnat avec le Western New-York Flash en 2011. De retour en Suède, la milieu de terrain dispute la finale de la Ligue des Champions sous le maillot de Tyresö, puis rejoint le PSG pour s'y imposer comme capitaine. L'expérimentée suédoise est aussi capitaine avec sa sélection. Elle rejoint l'OL Féminin en 2016-2017 et y remporte enfin la Ligue des Champions.