Karoline Bjørnson (o.s. Reimers, 1. joulukuuta 1835 Bergen – 27. kesäkuuta 1934 Aulestad) oli norjalainen näyttelijä.[1] Hänet tunnetaan parhaiten Bjørnstjerne Bjørnsonin vaimona; hän oli mallina useille miehensä henkilöhahmoille. Monet Bjørnstjerne Bjørnsonin runot on omistettu Karolinelle.
Bjørnson oli teatteriohjaaja Bjørn Bjørnsonin äiti. Hän kuoli Aulestadissa 98-vuotiaana.
Eyolf Sootin vuoden 1897 maalaus Bjørnstjerne ja Karoline Bjørnsonista on Norjan kansallisgalleriassa. Karolinen kuvasivat myös Bernhard Folkestad (1912) ja Olaf Gulbransson (1923). Hänestä kirjoitti elämäkertateoksen Øyvind Anker; Boken om Karoline julkaistiin vuonna 1982.