Originaria de Brasil, Costa estudió en la Universidad de las Artes de Londres, donde fue guiada por Sue Gibson, la reconocida Primera Mujer Presidente de la Sociedad Británica de Cinematógrafos. Posteriormente se mudó a Los Ángeles y obtuvo su Maestría en Cinematografía del American Film Institute. Su tesis "AFI Way in Rye" pasó a competir en Cameraimage en Polonia y su cortometraje "AFI Contrapelo", se estrenó en Tribeca antes de ser seleccionado para los Premios de la Academia.

El primer largometraje de Costa como director de fotografía, "The Chosen Ones" del director David Pablos, se estrenó en Cannes antes de ganar cinco Premios Ariel de la Academia Mexicana de Artes y Ciencias Cinematográficas, incluido el premio a la Mejor Fotografía. El trabajo fue alabado por The Hollywood Reporter como "un largometraje bellamente filmado".

La galardonada cinefotógrafa brasileña, Carolina Costa, ha viajado por el mundo fotografiando largometrajes, documentales, cortometrajes y comerciales, aclamados por la crítica. 

En 2018 fue seleccionada como una de las estrellas en ascenso dentro de Los Diectores de Fotografía de América. Recientemente filmó la historia del director Minhal Baig, "Hala", que se estrenó en Sundance; y el próximo drama de Tara Miele, “Wander Darkly”, protagonizado por Diego Luna y Sienna Miller.

El año pasado, Costa manejó la fotografía de la segunda unidad para la aclamada "Suspiria" de Luca Guadagnino, protagonizada por Tilda Swinton y Dakota Johnson. También presentó el documental "Icebox" del tres veces ganador del Oscar James L. Brooks, ahora en HBO después de su estreno en el Festival Internacional de Cine de Toronto. Dentro de sus créditos como fotógrafa se encuentran “They” de Anahita Ghazvinizadeh seleccionada en Cannes; "Flower", de Max Winkler y protagonizada por Zoey Deutch, Kathryn Hahn y Adam Scott; y "Crystal Swan", de Darya Zhuk, seleccionada en el aclamado Festival de Karlovy Vary y que tuvo su estreno en Estados Unidos en el Slamdance Film Festival.

Además de los largometrajes, Costa disfruta trabajar  en comerciales con temas relevantes e importantes. Recientemente colaboró ​​con Diego Luna para rodar el spot más reciente de la marca Jarritos, "The Journey", un cortometraje que muestra las luchas y los triunfos de los inmigrantes que viven en los Estados Unidos.