Karolinum je národní kulturní památkou, symbolem Univerzity Karlovy. Od 14. století se zde nacházelo sídlo nejstaršího domu pražské univerzity – Karlovy neboli Veliké koleje (Collegium Caroli), kterou založil Karel IV. pro dvanáct mistrů pražského vysokého učení.

Jedinečná památka náleží pražské univerzitě od roku 1383, kdy syn zakladatele univerzity, král Václav IV., získal pro kolej jeden z nejvýstavnějších staroměstských paláců, který dal nedlouho předtím postavit bohatý patricij, královský mincmistr a bankéř Johlin Rotlev (Rotlöw). Po stavebních úpravách sloužilo Karolinum od roku 1386 jako sídlo nejen pražským profesorům, kteří tu vyučovali a bydleli, ale kolej se stala slavnostním shromaždištěm univerzity a rezidencí rektora, akademických představitelů a úřadů.

Renezanční úpravy nezanechaly na tváři Karolina větších stop. Novou podobu mu dala teprve velká barokní přestavba, kterou provedl v letech 1715 až 1718 architekt František Maxmilián Kaňka. Jeho dílem byla především zevrubná slohová přestavba koleje s charakteristickým barokním portálem v Železné ulici. Největší změnu prodělala budova Karolina v našem století, kdy architekt Jaroslav Fragner provedl v letech 1945 až 1959 rozsáhlou rekonstrukci areálu, která byla dokončena vytvořením čestného nádvoří se slavnostním vstupem, jemuž dominuje kašna se třemi lvy sochaře S. Hanzíka (1968). Fragner pietně zachoval středověké stavební části, včetně detailů zakrytých Kaňkou, a vytvořil monumentální architektonický celek. Poslední rekonstrukce z let 1996 – 1997 je dílem architekta Tomáše Šantavého, který se přidržel Fragnerovy koncepce. Převažuje funkční zřetel, budova je komponována jako slavnostní sídlo univerzitního života. Nově byl zřízen přednáškový sál v přízemí (tzv. Císařský sál) a zasedací místnosti ve sklepním suterénu, postaveny dva výtahy a provedena rekonstrukce technického zázemí, modernizováno ozvučení Velké auly, aby Karolinum mohlo sloužit Univerzitě Karlově na úrovni současnosti.

Nově vzniklý Císařský sál v přízemí dostal své jméno podle tří obrazů v jeho čele, podobizen císařovny Marie Terezie a jejích synů Josefa II. a Leopolda II. Obrazy vytvořila roku 1799 významná malířka Barbara Kafftová-Steinerová, jejímž dílem jsou i tři portréty profesorů pražské lékařské fakulty na boční stěně sálu. V přilehlé křížové chodbě stojí mramorový krucifix, dílo sochaře Emanuela Maxe z roku 1870.

Základní půdorysnou dispozici budovy tvoří románsko-gotické prostory původního paláce, kdysi zahloubené přízemí domů z 13. století (dnes se stálou výstavou o dějinách univerzity), nad nimiž byl v šedesátých letech 14. století postaven rotlevovský palác. Gotická přestavba konce 14. století, připomínající v mnohém klášterní prostory (křížová chodba s rajským dvorem), přizpůsobila budovu univerzitnímu účelu. Středověké prostory koleje byly určeny nejen pro výuku, ale sloužily také jako obydlí a administrativní sídlo univerzity. V přízemí se nacházely místnosti rektora, univerzitního notáře, univerzitní pokladnice (fiskus) a také vězení pro členy akademické obce (karcer), ostatní místnosti byly používány především pro výuku.

Centrálním prostorem Karolina je Velká aula, v prvním poschodí slavnostní shromaždiště akademické obce, sál, v němž se konají také imatrikulace a promoce studentů a absolventů. Dnešní podobu jí dal architekt Fragner. V jejím čele je umístěn gobelín vzniklý podle návrhu V. Sychry (1948) v dílně M. Teinitzerové. V jeho středu jsou vetkány motivy z nejstaršího pečetidla Karlovy univerzity (klečící Karel IV. předává patronu českých zemí sv. Václavovi zakládací listinu univerzity), úryvky z Karlovy zakládací listiny z roku 1348 a symboly univerzitních fakult.

Sálu vévodí socha zakladatele univerzity Karla IV. sochaře K. Pokorného (1950). Nad čelní částí auly jsou umístěny znaky korunních zemí Českého království. Jednou z nejkrásnějších architektonických částí budovy je gotický arkýř Velké auly s původní univerzitní kaplí, před nímž je zasazen mramorový náhrobek profesora Matouše Kollina z Chotěřiny, humanistického profesora klasických jazyků z poloviny 16. století. K nejstarším architektonickým článkům sálu patří boční gotický portál, tzv. Husova branka, a hlavní raně barokní vstupní portál z počátku 17. století. Barokní varhany umístěné nad alegoriemi Múz autora V. Sychry (1949), pocházející z jezuitského kláštera v Chomutově, sem byly umístěny při poválečné rekonstrukci sálu.

Spojovací prostory mezi Velkou a Malou aulou slouží jako šatna akademických hodnostářů a shromaždiště studentů a absolventů. V předsíni Velké a Malé auly se nacházejí portréty pražských arcibiskupů, kteří vykonávali úřad univerzitních kancléřů (nejstarší je portrét kardinála Arnošta Vojtěcha Harracha, dobová kopie 17. století). Nad nimi je umístěn kamenný erb (červený lev) Rotlevů, původních majitelů paláce. Strop předsíně kryjí dřevěné desky s malovanými symboly věd, dílo R. Wiesnera (1948). Nad schodištěm před vstupem do Velké auly je deska věnovaná obětem totalitních režimů a druhé světové války. U paty schodiště v přízemí se nachází busta JUDr. Milady Horákové, absolventky Univerzity Karlovy, již dal komunistický totalitní režim popravit 27. června 1950.

Původní účel Malé auly, která sloužila jako posluchárna lékařské fakulty, připomíná barokní olejomalba patronů lékařství sv. Kosmy a Damiána v čele sálu a podobizny pražských profesorů medicíny. Malá aula je zdobena obrazy barokních malířů J. Heintsche, P. Brandla, J. Molitora aj. Nejstarší jsou rektorské portréty Jana F. Löwa z Erlsfeldu a Mikuláše Franchimonta z Franckenfeldu z počátku 18. století. Malá aula hrála v univerzitním životě významnou úlohu, protože se zde konaly volby rektorů pražské univerzity.

Schodiště u Malé auly vede do prostor 2. patra, kde se nacházejí přednáškové a zasedací sály, v nichž je umístěna část obrazové galerie Karolina, především portréty habsburských panovníků, připomínající zakladatelská práva státu k univerzitě, a pražských arcibiskupů jako univerzitních kancléřů.

Reprezentační prostory rektora Univerzity Karlovy v prvém poschodí tvoří centrální místnost s barokními malbami z poloviny 17. století, které byly původně součástí výzdoby Velké auly. Jsou dílem významného pražského malíře Karla Škréty a jeho dílny a připomínají patrony pražských teologů (sv. Jan na Pathmu), filozofů (sv. Kateřina) a lékařů (sv. Kosma a Damián). Sousední místnost zdobí podobizny rektorů a významných profesorů pražské univerzity 20. století (K. Engliš, B. Bydžovský, R. Palouš, K. Malý, I. Wilhelm), k jejichž autorům patří významní portrétisté V. Stretti, E. Demartini ad. Ve Vlasteneckém sále, postaveném architektem Kaňkou, se původně nacházela univerzitní knihovna, od konce 18. století zde bylo sídlo České učené společnosti, podle něhož sál získal své jméno. Jsou zde umístěny busty významných osobností české vědy a portrét prezidenta T. G. Masaryka od malíře O. Peterse (1932), který původně zdobil čelo Velké auly.