Carlo Holse ist auch dänischer Juniorennationalspieler. Für die dänische U16-Nationalmannschaft kam er zwischen 2014 und 2015 zu fünf Einsätzen, ab 2015 lief Holse für die U17-Nationalelf auf und nahm mit dieser an der U-17-Fußball-Europameisterschaft 2016 in Aserbaidschan teil, wo die Dänen nach der Gruppenphase ausschieden. Dabei kam er in allen drei Spielen der dänischen Mannschaft zum Einsatz, insgesamt absolvierte Carlo Holse in 9 Partien für die U17-Nationalelf zum Einsatz. 2017 hatte er in zwei Spielen für die dänische U18-Nationalmannschaft gespielt, zwischenzeitlich debütierte Holse für die U19-Nationalmannschaft, fünf von zehn Partien wurden im Rahmen der Qualifikation für die U-19-Fußball-Europameisterschaft 2018 absolviert. Im Oktober 2018 folgten zwei Einsätze für die U20-Nationalelf. Seit 2019 ist er dänischer U21-Nationalspieler, Carlo Holses Debüt erfolgte außerhalb des Länderspielfensters, als er am 10. Januar 2019 bei einem 1:0-Sieg im Freundschaftsspiel in Mexiko-Stadt gegen Mexiko eingesetzt wurde. Er steht im Kader der Dänen für die U-21-Fußball-Europameisterschaft 2021 in Ungarn und Slowenien.