Née le 4 juillet 1974 à Bezons, dans le Val d'Oise, Karole Rocher fait ses premiers pas en tant qu'actrice aux côtés du célèbre Romain Duris, dans un vidéo clip de la chanteuse Princess Erika. Durant les années suivantes, elle joue sous la direction de Sylvie Verheyde ou de Rachid Bouchareb dans des rôles d'une envergure grandissante. Peu à peu elle se fait remarquer et, donne la réplique à des acteurs tels que Charles Berling et Michel Bouquet, tout en poursuivant ses collaborations avec la réalisatrice Sylvie Verheyde.
En 2009, la réalisatrice Maïwenn réunit dans son film le Bal des Actrices plusieurs comédiennes telles que Karin Viard, Jeanne Balibar, Julie Depardieu et… Karole Rocher. Elles y jouent toutes leur propre rôle. Par la suite, Maïwenn la dirige à nouveau dans Polisse, qui lui vaut une nomination aux Césars dans la catégorie meilleur second rôle féminin.
De retour sur le petit écran, Karole Rocher joue le rôle d'un lieutenant dans la série à succès Braquo, aux côtés de l'un de ses partenaires de jeu favori : Nicolas Duvauchelle.
Côté vie privée, Karole Rocher est la mère adoptive du petit Tcherno, et a également deux filles, Gina (née en 2001) et Barbara (née en 1996). En juin 2014, elle donne naissance à une petite Angelina, fruit de son histoire d’amour avec le comédien Thomas Ngijol. En août 2017, Karole Rocher et Thomas Ngijol attendent leur deuxième enfant. Le 8 décembre 2017, Thomas Ngijol poste une photo sur les réseaux sociaux pour annoncer la naissance de son deuxième enfant.