Caroline Mathilde van Wales (Londen, 11 juni 1751 — Celle, 10 mei 1775) was een Britse prinses.

Zij was de jongste dochter van kroonprins Frederik, prins van Wales en prinses Augusta van Saksen-Gotha. Haar vader overleed plotseling, drie maanden voor haar geboorte. Daarop werd haar broer, George, de nieuwe prins van Wales. Zijzelf zou steeds worden aangeduid als Caroline Mathilde van Wales.

Op vijftienjarige leeftijd - op 8 november 1766 - trouwde ze met haar neef, de Deense koning Christiaan VII.

Het paar kreeg twee kinderen:
 Frederik (28 januari 1768 - 3 december 1839), hij werd na de dood van zijn vader in 1808 koning van Denemarken
 Louise Augusta (7 juli 1771 - 13 januari 1843), zij trad in het huwelijk met Frederik Christiaan II van Sleeswijk-Holstein-Sonderburg-Augustenburg

Christiaan VII leed onderwijl aan sterk verzwakte mentale vermogens en de regering van het land was feitelijk in haar handen, tezamen met konings lijfarts, Johann Friedrich Struensee, met wie ze een geheime verhouding had. Deze lijfarts trachtte de ideeën van de verlichting in Denemarken ingang te doen vinden. Dit stuitte op weerstand binnen het hof. In het bijzonder de stiefmoeder van de koning, koningin-weduwe Juliana Maria, had duidelijk andere plannen voor haar eigen zoon, erfprins Frederik. Zij zorgde ervoor dat de verhouding van Struensee met Caroline Mathilde bekend werd. Struensee werd op beschuldiging van majesteitsschennis onthoofd.

Het huwelijk tussen Caroline Mathilde en Christiaan VII werd vervolgens ontbonden. Caroline Mathilde werd van het hof verbannen. Over haar lot werd langdurig onderhandeld tussen Engeland en Denemarken. Zij werd ten slotte naar Celle bij Hannover gebracht waar ze tot haar dood in het kasteel woonde. Op 10 mei 1775 overleed ze onverwacht aan een besmettelijke koortsziekte. Ze was toen drieëntwintig jaar oud. Ze heeft haar kinderen nooit teruggezien.

Deze periode wordt beschreven in de roman Het bezoek van de lijfarts, van de Zweedse schrijver Per Olov Enquist. Ook is er een film over gemaakt, genaamd En kongelig affære.

Voorouders 

Partner van de koning van Denemarken
Huis Hannover (Verenigd Koninkrijk)
Balling
Wales, C