Son troisième mari est le prince Ernst August de Hanovre (Ernest-Auguste V de Hanovre), le mariage civil eut lieu à Monaco le 23 janvier 1999 et une fille naît de cette union : Alexandra le 20 juillet 1999.

Elle se remarie une seconde fois civilement avec Stefano Casiraghi le 29 décembre 1983 au Palais de Monaco. Il décède le 3 octobre 1990 dans un accident de motonautisme.

Ils ont trois enfants :

    * Andrea Casiraghi (né le 8 juin 1984), deuxième dans l'ordre de succession au trône ;

    * Charlotte Casiraghi (née le 3 août 1986) ;

    * Pierre Casiraghi (né le 5 septembre 1987).

Ces enfants issus de ce deuxième mariage sont reconnus légitimes en regard de l'Église par le pape Jean-Paul II le 25 février 1993, décision rendue publique début avril 1993 et confirmée le 5 avril 1994 bien qu'issus d'un mariage purement civil : le constat de nullité du premier mariage de Caroline étant postérieur au décès de Stefano Casiraghi, décès qui a seul empêché tout mariage religieux ; Caroline avait fait une demande au pape en ce sens le 2 juillet 1992 dès le constat de nullité de son premier mariage. Ces enfants issus de ce second mariage étaient, du reste, déjà légitimes selon le droit monégasque du fait du mariage civil de leurs parents.

Elle épouse en premières noces Philippe Junot (né dans le 17e arrondissement de Paris le 19 avril 1940) à Monaco, civilement le 28 juin 1978 et religieusement le 29 juin 1978.

Le divorce est prononcé par un tribunal monégasque le 9 octobre 1980. Une demande d'annulation du mariage religieux est introduite par Caroline de Monaco en cour de Rome en 1981, et suite à une longue procédure, le pape Jean-Paul II annule officiellement le mariage religieux le 1er juillet 1992.