Nacida en Bogotá, Colombia, es hija del matrimonio formado por Juan Pablo Torrealba Marchant y María Alicia Ruiz-Tagle Orrego.^[3]​

Se licenció en biología en 2004 y obtuvo un doctorado en biología celular y molecular en 2010, en la Pontificia Universidad Católica (PUC).^[2]​

Entre mayo y diciembre de 2018 fue directora ejecutiva de Iniciativa Científica Milenio, un programa del Ministerio de Economía, Fomento y Turismo que financia y promueve centros científicos de excelencia.^[2]​

Entre 2011 y abril de 2018, formó parte del Comité Ejecutivo de la Fundación Ciencia & Vida, un instituto privado de ciencia sin fines de lucro dedicado a la investigación científica y el espíritu empresarial basado en la ciencia en las ciencias biológicas.^[2]​

Posteriormente fundó una editorial y publicó un libro sobre biografías de pioneros de la ciencia chilena y editó otros dos libros. También es miembro de la junta de la Fundación Chile, una corporación privada sin fines de lucro que promueve innovaciones y busca redes internacionales para brindar soluciones de alto impacto a los desafíos de Chile.^[2]​

El 17 de diciembre de 2018 fue designada por el presidente Piñera para el cargo de subsecretaria de Ciencia, Tecnología, Conocimiento e Innovación, en el nuevo Ministerio de Ciencia, Tecnología, Conocimiento e Innovación^[4]​ dirigido por Andrés Couve Correa, siendo la primera titular en dicho organismo.^[2]​

• Carolina Torrealba Ruiz-Tagle en X (antes Twitter)