Gemeinsam mit Anna Meares wurde Kaarle McCulloch bei den Bahn-Weltmeisterschaften 2009 in Pruszków, bei der Bahn-WM 2010 im dänischen Ballerup sowie bei der WM in Apeldoorn Weltmeisterin im Teamsprint. Bei den Titelkämpfen in Dänemark stellte sie zudem gemeinsam mit Meares einen Weltrekord im Teamsprint (500 m) über 32,923 s auf. Bei den Commonwealth Games 2010 gewann sie die Goldmedaille im Teamsprint sowie die Silbermedaille im Sprint und im Zeitfahren. Anfang Februar 2011 wurde sie australische Meisterin im Teamsprint, gemeinsam mit Cassandra Kell. Bei den UCI-Bahn-Weltmeisterschaften 2012 in Melbourne errang sie gemeinsam mit Meares die Silbermedaille im Teamsprint. Später im Jahr gewannen die beiden Sportlerinnen gemeinsam bei den Olympischen Spielen in London die Bronzemedaille im Teamsprint.