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Caroline Milot a participé à de nombreux concerts radiodiffusés à travers les continents américain et européen. Elle n’a que douze ans lorsqu’elle est invitée à jouer comme soliste pour la première fois avec un orchestre, sous la direction de Jacques Lacombe. Durant ses études, elle est boursière dans différents festivals au Canada, aux États-Unis et en Allemagne et sa carrière l’amène aujourd'hui à se produire un peu partout dans le monde, en tournée au sein de l’Orchestre symphonique de Montréal, de l'Orchestre Métropolitain, de l'orchestre de chambre Les Violons du Roy et de l'Ensemble contemporain de Montréal + 
Passionnée de musique de chambre, elle est lauréate de deux des plus prestigieuses compétitions en Amérique du nord dans ce domaine, soit la Coleman Chamber Ensemble Competition à Los Angeles et la Fischoff National Chamber Music Competition, au terme de ses études au Cleveland Institute of Music. Au Canada, elle a participé à la tournée des Jeunesses musicales grand public et on l'invite ponctuellement à participer à des séries et des enregistrements de musique de chambre.
Sous la direction de Yannick Nézet-Séguin, Caroline Milot est violoncelle-solo associée à l'Orchestre Métropolitain et violoncelle-solo associée à l'Orchestre de Trois-Rivières. Elle a eu le privilège d'être invitée à jouer comme surnuméraire au sein de plusieurs orchestres aux États-Unis et au Canada; City Music Cleveland, Canton and Akron Symphonies,  l'Orchestre symphonique de Toronto, de Calgary, de Québec et I Musici de Montréal, pour n'en nommer que quelques-uns.   

Comme soliste, elle s'est produite en solo avec l'Orchestre symphonique de Trois-Rivières et a interprété Fantasque pour violoncelle seul de Jean Papineau-Couture à la Société de musique contemporaine du Québec.

En 2003, Caroline Milot co-fonde le Quatuor Ponticello, une formation montréalaise de quatre violoncellistes qui présente plusieurs concerts chaque année et s’est méritée de nombreux prix au cours de ses 15 années d'existence.

En plus d’un disque éponyme qu’elle a enregistré avec cet ensemble sous étiquette XXI-21, Caroline Milot a joué sur plus d’une dizaine d'albums pour accompagner des artistes de la scène internationale tels que Yannick Nézet-Séguin sous étiquette Deutsche Grammophon, Marie-Nicole Lemieux, Gino Quilico, André Gagnon et Angèle Dubeau, avec ATMA, Analekta et XXI-21.