Caroline Bönisch studierte Medizininformatik und Biomedizintechnik sowie den konsekutiven Masterstudiengang Medizininformatik an der Hochschule Stralsund. Sie promovierte im Bereich der Medizinischen Humanwissenschaften an der Georg-August-Universität Göttingen. In ihrer Dissertation befasste sie sich mit der Verarbeitung und Qualitätsanalyse von Metadaten zur Beschreibung medizinischer Daten in Medizinischen Datenintegrationszentren.
Berufliche Stationen führten sie 2015 an das aQua-Institut, wo sie als Projektleiterin und Softwareentwicklerin an der Auswertung von Qualitätsdaten für die sektorenübergreifende Qualitätssicherung nach § 137 SGB V mitwirkte. Ab 2016 war sie wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Medizinische Informatik der Universitätsmedizin Göttingen unter der Leitung von Prof. Dr. Otto Rienhoff. Dort leitete sie die Arbeitsgruppe Semantik und Analyse und verantwortete die medizininformatische Betreuung des Göttinger Datenintegrationszentrums im Rahmen des HiGHmed-Konsortiums der Medizininformatik-Initiative. Von 2019 bis 2021 war sie als Data Steward in der Service-Unit unter der Leitung von Prof. Dr. Tibor Kesztyüs tätig. Ihre Arbeitsschwerpunkte umfassten hier die Datenmodellierung medizinischer Daten sowie die Entwicklung und Umsetzung von Extraktions-, Transformations- und Ladeprozessen (ETL) für medizinische Data-Warehouse-Systeme. Seit 2022 war sie erneut wissenschaftliche Mitarbeiterin am Institut für Medizinische Informatik der Universitätsmedizin Göttingen und beschäftigte sich gezielt mit der Extraktion und Analyse medizinischer Metadaten im Gesundheitswesen. Seit 2024 ist Caroline Bönisch Professorin für Medizinische Informatik an der Fakultät für Elektrotechnik und Informatik der Hochschule Stralsund. Ihre Forschungsschwerpunkte liegen im interoperablen Datenaustausch im Gesundheitswesen, der Nutzung von Methoden des Machine Learning und Deep Learning zur Aufbereitung und Analyse medizinischer Daten, sowie in der Nachhaltigkeit digitaler Lösungen in der Medizininformatik.