Lisansını Bilkent Üniversitesi’nde, yüksek lisansını ABD’de Ohio State Üniversitesi’nde tamamladı. Doktora derecesini Harvard Üniversitesi Tarih ve Ortadoğu Çalışmaları ortak programından, “Sultanın Tebaası, Şahın Talipleri: Osmanlı Anadolusu’nda Kızılbaş Topluluklarının Oluşumu ve Değişimi” başlıklı teziyle aldı. Cornell Üniversitesi’nde sürdürdüğü iki yıllık doktora-sonrası çalışmayı takiben, 2011 yılında William & Mary Üniversitesi Tarih Bölümü’nde göreve başladı, 2018 yılında doçent oldu. Halen aynı üniversitede Ortadoğu, İslâm ve Osmanlı tarihi dersleri vermektedir. Araştırma alanları arasında, Anadolu’nun sosyokültürel tarihi, Osmanlı-Safevi ilişkileri ve sınır bölgeleri, sufizm ve tarikatların sosyal tarihi, muhalif dinî akımlar, Alevi-Bektaşi toplulukları ile kadın ve toplumsal cinsiyet çalışmaları vardır.
İngilizce ve Türkçe yayımlanmış birçok akademik makalesinden bir bölümü 2015 yılında Vefailik, Bektaşilik, Kızılbaşlık: Alevi Kaynaklarını, Tarihini ve Tarihyazımını Yeniden Düşünmek başlığıyla Bilgi Üniversitesi Yayınları tarafından kitap olarak basılmıştır; kitabın 2022 yılında 4. baskısı yapılmıştır. The Kizilbash-Alevis in Ottoman Anatolia: Sufism, Politics and Community, 2019 yılında Edinburgh Üniversitesi Yayınları tarafından basılmıştır. Kitap, Amerika’da, Güneydoğu Bölgesi Ortadoğu ve İslâm Çalışmaları Vakfı’nın 2020 yılı kitap ödülünü kazanmıştır.
2023 yılından itibaren Alevi-Bektaşi Dijital Arşivi projesinin de direktörlüğünü yürüten Karakaya-Stump’ın, çeşitli dergi ve gazetelerde güncel konularla ilgili yazı ve söyleşileri de yayımlanmıştır.
