Lauréate du Concours International de Chant Baroque de Froville en 2015, Caroline Arnaud débute ses études musicales au sein de la Maîtrise de Radio-France, dont elle est diplômée en 2002. 

Elle intègre ensuite le Département Supérieur pour Jeunes Chanteurs du CRR de Paris (Jeune Choeur de Paris, dirigé par Laurence Equilbey et Geoffroy Jourdain). Elle y suit un cursus complet de chant lyrique à l'issue duquel elle obtient un DEM de chant à l’unanimité avec félicitations en 2008. 

Pendant ses études elle parfait son expérience auprès de chefs prestigieux comme George Prêtre, René Jacobs, Philippe Herreweghe, Kazushi Ono, Susanna Mälkki...

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On a pu voir Caroline incarner La Nuit dans le Fairy Queende H. Purcell, Emilie dans Les Indes Galantesde J.P Rameau, Rizzolina dans la Barcade A. Banchieri, la Servante dans La Forêt Bleue de L. Aubert, Marie-Antoinette dans Le Nègre des Lumières du Chevalier de Saint-George. 

Elle a récemment interprété le rôle du Narrateur dans les Histoires Sacréesde Charpentier, dirigées par Sébastien Daucé et mises en scène par Vincent Huguet, au Théâtre de Caen, à la Chapelle Royale de Versailles et au Concertgebouw de Bruges.

Toujours avec l’Ensemble Correspondances, on l’a entendue dans la Descented’Orphée aux Enfersde Charpentier au M.A Festival de Bruges, à la chapelle Corneille de Rouen et au Théâtre de Caen dans le rôle de Proserpine, et interpréter Euridice dans le Concert Royal de la Nuiten tournée en Chine. 

Elle s’est vue confier le rôle de Daphné dans la Descente d’Orphée aux Enfersde Charpentier avec les Talens Lyriques de Christophe Rousset, et le soprano solo du Requiem de Campra et du Motet In Convertendo de Rameau à la Philharmonie de Paris.

Elle fut aussi Gabriel et Eve dans La Création de Haydn avec les Goûts Réunis à la Maison de la Musique de Nanterre.

Elle fut Euridice aux côtés de Cyril Auvity dans la même Descente d’Orphée aux Enfers au Théâtre de Poissy.

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Elle aborde de nombreux répertoires, au travers des différents ensembles baroques dans lesquels elle se produit comme Les Talens Lyriques (Christophe Rousset), Correspondances (Sébastien Daucé), Pygmalion (Raphaël Pichon), Marguerite Louise (Gaétan Jarry), Vedado Musica (Ronald Martin Alonso), L’Escadron Volant de la Reine (Antoine Touche), Le Concert de l’Hostel Dieu (Franck-Emmanuel Comte), Les Epopées (Stéphane Fuget), Sagittarius (Michel Laplénie), La Rêveuse (Benjamin Perrot et Florence Bolton), Harmonia Sacra (Yannick Lemaire)…