Gustavina Carolina fue la cuarta hija y la menor de los hijos del duque Adolfo Federico II de Mecklemburgo-Strelitz y de su primera esposa, la princesa María de Mecklemburgo-Güstrow. Era una hermana más joven de Adolfo Federico III de Mecklemburgo-Strelitz. A través del tercer matrimonio de su padre, era tía de la reina Carlota del Reino Unido.

El 13 de noviembre de 1714, Gustavina Carolina se casó con su primo Cristián Luis de Mecklemburgo-Schwerin, ^[1]​ el tercer hijo de Federico de Mecklemburgo-Grabow y de su esposa, la princesa Cristina Guillermina de Hesse-Homburg. Cristián Luis sucedió como duque de Mecklemburgo-Schwerin en 1747, el año antes de la muerte de Gustavina Carolina.

Tuvieron cinco hijos:

• Federico II (1717-1785), se casó con Luisa Federica de Wurtemberg.
• Ulrica Sofía (1723-1813).
• Luis (1725-1778), se casó con la princesa Carlota Sofía de Sajonia-Coburgo-Saalfeld (1731-1810). Fueron los padres de Federico Francisco I, gran duque de Mecklemburgo-Schwerin.
• Luisa (1730).
• Amelia (1732-1775).

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