C 2007 года Шарлотт Калла семь раз принимала участие в чемпионатах мира, на которых в сумме завоевала 13 наград. На чемпионате 2009 года в Либереце завоевала первую медаль (бронзовую) в эстафете. В 2011 году в Хольменколлене Калла стала чемпионкой в командном спринте и завоевала серебро в эстафете. В этих же видах программы Шарлотт Калла выиграла серебряные медали на чемпионате мира 2013 года. На домашнем чемпионате 2015 года в Фалуне она завоевала сразу 4 награды. Золото в разделке на 10 км свободным стилем (первое в истории для шведок в этой дисциплине на чемпионатах мира), серебро — в эстафете и две бронзы: в скиатлоне и на тридцатке классикой. Через два года на чемпионате мира в Лахти Калла завоевала три награды: серебро в гонке с раздельным стартом и в эстафете, а также бронзу в скиатлоне. На чемпионате мира 2019 года в активе Каллы была только одна награда, но ею стало долгожданное золото в эстафете. Шарлотт сыграла одну из ключевых ролей в первой в истории победе женской сборной Швеции в эстафете на чемпионатах мира: на третьем этапе она выиграла 20 секунд у норвежки Астрид Якобсен, что позволило Стине Нильссон на последнем этапе удержать преимущество против знаменитой Терезы Йохауг. Калла завоевала медаль в эстафете на шестом чемпионате мира подряд.