Dr. Sema Karaoğlu 1965 yılında Ankara'da doğdu. İlkokulu Ankara Atatürk ilkokulu'nda bitirdikten sonra, ortaokulu İzmir'de 9 eylül Ortaokulu'nda okudu. 1982 yılında İzmir Kız Lisesi Fen bölümünden mezun oldu ardından 9 Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesini kazandı. 1988 yılında Tıp doktoru olarak mezun oldu ve aynı yıl sınıf arkadaşı olan Dr. Sinan Karaoğlu ile evlendi. Sema Karaoğlu, 1989 Şubat ayında Erciyes Üniversitesi Dermatoloji Kliniğinde uzmanlığına başladı. 2007 yılında sağlık nedenleri ile devlet hizmetinden istifa etti. Şu anda özel sektörde çalışmalarını sürdürmekte olan Sema Karaoğlu, 31 Mart 2019 yerel seçimlerinde Kayseri Melikgazi Belediye Başkan adayı oldu. Karaoğlu, üç çocuk annesidir.