Karolinenkoog liegt am Südostufer der Eider gegenüber der Stadt Tönning im Kreis Dithmarschen. 

Die Gemeinde ist überwiegend landwirtschaftlich strukturiert. Zum größten Teil werden dort der Dithmarscher Kohl und Kartoffeln angebaut.

Die Gemeinde Karolinenkoog liegt direkt am Autobahnzubringer B 5 zur Autobahn A 23 Richtung Hamburg.