Ihre berufliche Laufbahn begann sie 1991 am Energiewirtschaftlichen Institut in Köln als wissenschaftliche Mitarbeiterin; ihre Arbeitsschwerpunkte waren Projekte mit gaswirtschaftlichen Fragestellungen. Seit 2003 ist Carola Millgramm in der österreichischen Regulierungsbehörde tätig, zunächst als Mitarbeiterin in der Abteilung Volkswirtschaft, bevor sie 2013 in die Gasabteilung wechselte. Wettbewerbsanalysen des Gasmarktes, Gasinfrastrukturentwicklung auf nationaler und europäischer Ebene und Speicherregulierung zählten dabei zu ihren Schwerpunkten der Regulierungstätigkeit. Zudem vertritt sie die E-Control seit einigen Jahren auf der europäischen Ebene in EU-Gremien.
In ihrer neuen Funktion als Leiterin der Abteilung Gas wird die Weiterentwicklung des bestehenden Gasmarktmodells und der Infrastrukturplanung ein erster Schwerpunkt ihrer Tätigkeiten sein.