Carole Barthélémy est née et a grandi dans la campagne provençale proche d’Avignon. Très vite questionnée par les enjeux de société et de nature, elle réalise ses études en sciences sociales à la faculté d’Aix-en-Provence où elle se fait accompagner par quelques figures de la sociologie de l’environnement. Elle a effectué sa thèse, soutenue en 2003, sous la direction du sociologue Bernard Picon dans un laboratoire arlésien pionnier et interdisciplinaire, le DESMID (Laboratoire Dynamiques Ecologiques et Sociales en MIlieu Deltaïque). Elle enquête alors sur les savoirs et usages des pêcheurs amateurs du Rhône. Elle obtient ensuite un post-doctorat au CEMAGREF de Lyon où elle travaille en compagnie d’ingénieurs d’État sur la gestion des cours d’eau. Recrutée en tant que maîtresse de conférences en 2006 au LPED à l’université Aix-Marseille (Laboratoire Population, Environnement, Développement), elle oriente ses travaux sur la nature en ville et les classes populaires dans la cité phocéenne. Elle en est aujourd’hui la directrice adjointe et poursuit ses recherches, toujours en croisant ses résultats avec ceux de ses collègues en sciences de la nature (écologues, écotoxicologues, géographes, etc.). Après avoir mené plusieurs petits projets de recherche dans les Observatoires Hommes-Milieux Bassin Minier de Provence et Vallée du Rhône, elle devient en 2019 la directrice de ce dernier. Elle est impliquée dans la coordination de COLLAB² et co-dirige avec David Dumoulin la thèse d’Anne-Gaëlle Beurier sur les collaborations dans les OHMs.

"Une question qui n’est pas résolue, c’est que devient la science quand elle sort du labo et comment les acteurs se la réapproprient."