Profesyonel kariyerine Erzincan Valiliği'nde stajyer Kaymakam olarak başlamıştır. Erol Karaömeroğlu, Rize'nin Çayeli İlçesi'nde Kaymakam Refikliği görevini yürütmüştür. Ardından Kilis merkez ve ilçelerinde Mülkiye Müfettişliği teftiş stajında bulunmuştur. Ayrıca, İçişleri Bakanlığı tarafından düzenlenen yabancı dil kursuna katıldıktan sonra 8 ay süreyle İngiltere'de eğitim almıştır. Türkiye'ye dönüşünde Ordu'nun Ulubey ilçesinde Kaymakam Vekili olarak görev yapmıştır.
Erol Karaömeroğlu 1997 yılında Tokat'ın Artova ilçesinde Kaymakam olarak atanarak bu görevine başlamıştır. Sırasıyla Çaykara, İdil, Bozdoğan ve Palu Kaymakamlıkları yapmış, ardından Batman Vali Yardımcılığı görevinde bulunmuştur. Vezirköprü, Ula ve Şereflikoçhisar Kaymakamlıklarının ardından Altındağ Kaymakamlığı görevini yürütmüştür. 10 Haziran 2020 ile 10 Ağustos 2023 tarihleri arasında Sinop Valisi olarak görev yapmıştır.
10 Ağustos 2023 tarihinde, 32275 sayılı Resmi Gazete'de yayımlanan, 09 Ağustos 2023 tarihli ve 2023/376 sayılı Cumhurbaşkanlığı Atama Kararları ile Bitlis Valiliği'ne atanmıştır. Erol Karaömeroğlu evli ve üç çocuk babasıdır. Türk kamu yönetiminde önemli roller üstlenen Karaömeroğlu, deneyimi ve uzmanlığı ile tanınan bir bürokrattır.