En 1783 descubrió la Nébula Andrómeda y a Cetus y añadió 14 nébulas a la lista de las descubiertas. Fue la primera mujer en detectar un cometa y detectó 8 en total. En 1785 presentó a la Academia Royal de Göttingen los trabajos de Fiamsteed, los cuales organizó para poder ayudar a su hermano en su trabajo.
Descubrió en 1818 el planeta Urano. Trabajó para el rey Jorge III de Inglaterra convirtiéndose su hermana en su ayudante. Caroline fuela primera mujer en tener una posición como ésta en las ciencias y monarquía.
Sus últimas décadas organizó y preparó los 8 volúmenes del libro de su hermano ya muerto, Book of Sweeps y Catálogo de 2,500 Nébulas, para su sobrino John Herschell quien continuó el trabajo de su padre. En 1828, Caroline publicó el catálogo de 1,500 Nébulas descubiertos por los Herschels, por lo que la Sociedad Astronómica Royal le dió una medalla de oro. Cuando tenía 85 años la nombraron Miembro Honorario de la Sociedad Astronómica Royal, ella y Mary Somerville fueron las primeras en Inglaterra en tener ese titulo. La Academia Irlandesa Real le otorgó el mismo título y a los 96 años el Rey de Prussia le dió una medalla de oro en las ciencias. Murió el 9 de enero de 1848.
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