Родилась 29 июня 1950 г. в г. Нижняя Салда Свердловской области.
В 1972 г. окончила инженерно-экономический факультет Уральского политехнического института им. С. М. Кирова (УПИ; ныне Уральский федеральный университет им. первого Президента России Б. Н. Ельцина) по специальности "инженер-экономист".
Кандидат экономических наук. В 1978 г. в УПИ защитила диссертацию на тему "Рабочий день и механизм взаимосвязи его использования с эффективностью общественного труда в условиях развитого социализма".
Доктор социологических наук, профессор. В 1999 г. в Российской академии государственной службы при президенте РФ защитила диссертацию на тему "Гендерная адаптация: структурные и процессуальные аспекты на примере анализа адаптации российских женщин в условиях социальной реформации 90-х гг. ХХ века".
В 1972-1990 гг. - ассистент, старший преподаватель, доцент Уральского политехнического института.
В 1977-1990 гг. участвовала в создании в Свердловске (ныне Екатеринбург) одного из первых в СССР молодежного жилого комплекса (МЖК). Являлась заместителем председателя оргкомитета МЖК. Вместе с коллективом создателей комплекса стала лауреатом премии Ленинского комсомола.
В 1990 г. была избрана депутатом Свердловского областного Совета народных депутатов. Возглавляла инновационный комитет облсовета. С 1992 по 1993 г. - заместитель председателя Свердловского облсовета.
В 1993-1996 гг. - депутат Совета Федерации РФ. Была избрана членом Совета Федерации I созыва 12 декабря 1993 г. по Свердловскому двухмандатному избирательному округу №66 (Свердловская область), набрав 45% голосов (второе место после Эдуарда Росселя). В верхней палате парламента возглавляла комитет по социальной политике. 15 января 1996 г. полномочия Галины Кареловой как сенатора были прекращены досрочно в связи с ее избранием в Государственную думу РФ.
Одновременно в 1993-1998 гг. она занимала пост президента Уральской ассоциации женщин, в 1994-2003 гг. - президента Конфедерации деловых женщин России.
17 декабря 1995 г. была избрана депутатом Государственной думы РФ II созыва. Баллотировалась по Орджоникидзевскому одномандатному избирательному округу №165 (выдвинута группой избирателей Свердловской области). На выборах получила 25,80% голосов, второе место в округе занял независимый кандидат Артем Биков (11,57%). До лета 1996 г. Галина Карелова входила в депутатскую группу "Народовластие", затем была независимым депутатом. Работала в комитете по международным делам, возглавляла подкомитет по международному гуманитарному, научному и культурному сотрудничеству. В июне 1997 г. прекратила депутатские полномочия досрочно в связи с назначением на государственную службу.
В 1997-2003 гг. работала в Министерстве труда и социального развития РФ: с 13 мая 1997 г. - заместитель министра, с 17 ноября 2000 г. - первый заместитель министра труда и социального развития. Курировала вопросы демографии, социальной помощи детям-инвалидам, беспризорным и безнадзорным детям и др. Участвовала в разработке проекта по введению института уполномоченного по правам ребенка в регионах. Была руководителем т. н. круглого стола женских неправительственных организаций России.
В 1999 г. баллотировалась в Госдуму РФ III созыва по федеральному списку движения "Женщины России" (второй номер в общефедеральной части списка после Алевтины Федуловой). Однако движение не преодолело пятипроцентный барьер (2,04%) и в Думу не прошло.
С 24 апреля 2003 г. по 9 марта 2004 г. - заместитель председателя правительства РФ Михаила Касьянова (в 2023 г. включен в реестр иноагентов). Курировала социальные вопросы. Была координатором Российской трехсторонней комиссии по регулированию социально-трудовых отношений при правительстве РФ.
С 14 апреля 2004 г. по 13 декабря 2007 г. - председатель Фонда социального страхования РФ.
С декабря 2007 г. по сентябрь 2014 г. - депутат Государственной думы РФ V и VI созывов, член фракции "Единая Россия". Избиралась 2 декабря 2007 г. и 4 декабря 2011 г. по общефедеральному списку партии "Единая Россия" от Воронежской области. В 2008-2011 гг. - заместитель председателя комитета Госдумы по бюджету и налогам, в 2012-2014 гг. - первый заместитель председателя комитета по труду, социальной политике и делам ветеранов. Депутатские полномочия Галины Кареловой были прекращены досрочно постановлением Госдумы от 7 октября 2014 г. в связи с переходом в Совет Федерации.
С 22 сентября 2014 г. - член Совета Федерации РФ (сенатор), представитель исполнительного органа государственной власти Воронежской области (вновь наделена полномочиями в сентябре 2018 г., в сентябре 2023 г.).
С 1 октября 2014 г. по 25 сентября 2023 г. - заместитель председателя Совета Федерации РФ Валентины Матвиенко (была переназначена 26 сентября 2018 г.). Курировала в палате вопросы социального законодательства. В сентябре 2023 г. на посту вице-спикера Карелову сменила Инна Святенко. С 25 сентября 2023 г. - первый заместитель председателя комитета Совета Федерации по федеративному устройству, региональной политике, местному самоуправлению и делам Севера.
Член генерального совета Всероссийской политической партии "Единая Россия". Координатор федерального партийного проекта "Старшее поколение".
Действительный государственный советник РФ I класса (2003).
Награждена орденами Почета (2000), "За заслуги перед Отечеством" III и IV степеней (2020, 2005), Дружбы (2010), Александра Невского (2015), медалями "За трудовую доблесть" (1971), П. А. Столыпина I и II степеней (2020, 2014).
Имеет благодарность президента РФ (2001, 2003, 2009), Почетную грамоту (2000) и благодарность (1998, 2005) правительства РФ.