Gdy w 1889 roku jej mąż obejmował urząd prezydenta, ona została pierwszą damą. Z początkiem kadencji, planowała wybudować nową siedzibę prezydencką, gdyż uważała Biały Dom, za zbyt podniszczony. Część jej poprzedniczek także to planowało, jednak Caroline poprosiła męża, by wystąpił z wnioskiem do Kongresu. Ze względu na błąd polityczny prezydenta, którym zraził do projektu spikera Izby Reprezentantów, inicjatywa zakończyła się niepowodzeniem. Wówczas Caroline postanowiła przeprowadzić renowację Białego Domu, na którą otrzymała 35 tysięcy dolarów od Kongresu. Przez 2 lata udało się zainstalować nowe ogrzewanie, wybudować nową kuchnię, dodatkowe łazienki przy sypialniach, położyć nowe podłogi, sprowadzić nowe meble i zainstalować światło elektryczne.
Oprócz renowacji, pierwsza dama wydawała przyjęcia, a także założyła stowarzyszenie Córy Rewolucji Amerykańskiej, gdy Synowie Rewolucji odmówili przyjmowania kobiet. Wprowadziła także zwyczaj wystawiania choinki przed Białym Domem w okresie świąt Bożego Narodzenia. Angażowała się także w akcji charytatywne, jak choćby zbiórkę pieniędzy na Johns Hopkins University. W 1890 roku Caroline została zaatakowana, z powodu prezentu – domku letniskowego – jaki otrzymała od poczmistrza generalnego Johna Wanamakera.