แคโรลีน เบอร์ทอซซีสำเร็จการศึกษาศิลปศาสตรบัณฑิตด้านเคมีด้วยเกียรตินิยมสูงสุด (summa cum laude) จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ด โดยมีที่ปรึกษาได้แก่ศาสตราจารย์โจ กราบอฟสกี[10] ขณะที่เธอศึกษาระดับปริญญาตรีนั้น เธอเล่นคีย์บอร์ดในวง Bored of Education ซึ่งมีทอม โมเรลโลเป็นมือกีตาร์ ผู้ซึ่งต่อมาได้ร่วมก่อตั้งวงเรจอะเกนสต์เดอะแมชชีน[11][12] หลังจบการศึกษาปริญญาตรี เธอเข้าทำงานที่ห้องปฏิบัติการเบลล์ร่วมกับคริส ชิดซีย์[13]

เบอร์ทอซซีสำเร็จการศึกษาระดับปริญญาเอกด้านเคมีจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ใน ค.ศ. 1993 โดยมีที่ปรึกษาได้แก่มาร์ก เบดนาร์สกี งานวิจัยปริญญาเอกของเธอเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์สารที่มีโครงสร้างคล้ายโอลิโกแซ็กคาไรด์[14] เธอค้นพบว่าไวรัสสามารถจับกับน้ำตาลในร่างกายได้[15] ซึ่งทำให้เธอสนใจศึกษาเกี่ยวกับชีววิทยาน้ำตาล (glycobiology) ขณะที่เธอศึกษาอยู่ปีที่สาม เบดนาร์สกีพบว่าเขาเป็นมะเร็งลำไส้ใหญ่ เขาต้องลาพักก่อนที่จะตัดสินใจเปลี่ยนสายไปศึกษาด้านแพทยศาสตร์ ทำให้เธอและสมาชิกคนอื่น ๆ ในกลุ่มทำงานวิจัยเพียงลำพังโดยไม่มีที่ปรึกษา[16]