Carol Heiss est née pour patiner.
Elle a pris la glace dans sa jeunesse et a remporté à l’âge de 11 ans le titre de novice féminin des États-Unis en 1951. Heiss a remporté le titre junior des États-Unis en 1952 et est ensuite passée au niveau senior, où elle a terminé deuxième des championnats nationaux pendant quatre années consécutives.
Heiss termine deuxième des Championnats du Monde de 1955 et première en 1956, devançant finalement sa coéquipière Tenley Albright. Plus tard cette année-là, aux Jeux Olympiques d’hiver de 1956 à Cortina d’Ampezzo, Heiss termine deuxième derrière Albright.
Mais Heiss ne sera pas finaliste à Albright beaucoup plus longtemps car elle dominera bientôt sur la scène mondiale.
À partir de 1957, Heiss a remporté quatre championnats américains consécutifs et quatre Championnats du monde consécutifs.
Aux Jeux Olympiques d’hiver de Squaw Valley en 1960, Heiss prête le Serment olympique d’ouvrir les Jeux, puis est classée première par les neuf juges alors qu’elle remporte la médaille d’or.
Après avoir remporté les Championnats du monde de 1960, Heiss est retourné à New York et a reçu un tickertape parade.Heiss se retire de la compétition et épouse sa chérie, Hayes Alan Jenkins, médaillé d’or en patinage artistique en 1956. Elle a été entraîneure de patinage artistique de longue date.