Forschungsschwerpunkte sind die Geschichte sozialer Beziehungen (Verwandtschaft, Freundschaft, Liebe etc.), die Geschichte von Schwangerschaft, Geburt und dem Ungeborenen, die Geschichte der Frauenbewegung und der feministischen Kritik. Zurzeit befasst sich Caroline Arni besonders mit der Geschichte feministischer Konzeptionen von Mutterschaft bzw. einer politischen Ökonomie des mütterlichen Körpers