Karlsen representerte Sør-Trøndelag på Stortinget frå nyår 1954 til hausten 1965. I den fyrste av dei tre fireårs valbolkane Arbeidarparti-mannen var på Stortinget var han medlem i Protokollkomiteen, sidan hadde han plass i Samferdslekomiteen til han forlet Tinget i 1965.