Après des études en architecture à l’Université Laval et en scénographie au Conservatoire d’art dramatique de Québec, Caroline Thibault a notamment collaboré avec le Théâtre La Bordée (Le malade imaginaire, Biloxi Blues, L’habilleur) et le Théâtre du Paradoxe (Des restes humains non identifiés). Actuellement, elle pratique principalement son métier de scénographe pour des projets d’expositions muséales.
Elle signe de nombreuses conceptions et réalisations avec la compagnie Cinémanima, firme spécialisée en muséologie. Cette collaboration l’amène à travailler pour plusieurs musées québécois, dont le Musée minéralogique de l'Abitibi-Témiscamingue, la Biosphère de Montréal, le Musée minéralogique de Thetford Mines et le Musée canadien des civilisations, ainsi que des centres d’interprétation tels que la Maison de nos Aïeux de Sainte-Famille, le Manoir seigneurial de Saint-Roch-des-Aulnaies et le Centre d’exposition de Val-d’Or.
À titre indépendant, elle signe aussi des scénographies d’exposition pour de nombreuses institutions, dont la Maison Girardin, le Centre Catherine-de-Saint-Augustin (Monastère des Augustines de Québec), le Centre des sciences de Montréal, le site de pêche Déry, le Musée de la civilisation, la Ville de Québec et le Pôle Culturel du Monastère des Ursulines
Elle reste toujours intéressée par le dessin d’observation et l’illustration, qu’elle pratique en parallèle à son travail.
Elle enseigne pour la section Scénographie du Conservatoire d’art dramatique de Québec depuis 2008.