1962 absolvierte Karrenbauer seine ersten Einsätze in der B-Nationalmannschaft. 1964 wurde Karrenbauer in die A-Nationalmannschaft berufen und nahm 1965 erstmals an einer Weltmeisterschaft teil. 1966 gewann er mit der Mannschaft Bronze bei der Europameisterschaft. 1968 nahm Karrenbauer mit der Nationalmannschaft an den Olympischen Winterspielen in Grenoble teil. 1975 beendete Karrenbauer seine aktive Karriere nach 200 Länderspielen, in denen er 47 Tore und 34 Assists erzielte.