Am 15. Oktober 1995 debütierte Karlsson gegen Rumänien im Tor der schwedischen Nationalmannschaft. Bei den Olympischen Spielen 1996 gehörte sie als Ersatztorhüterin zum Kader der Auswahl und kam einmal zum Einsatz. Im folgenden Jahr etablierte sie sich als Nummer 1 im Tor der Nationalmannschaft und stand bei der Europameisterschaft 1997 zwischen den Pfosten. Sie wurde zur besten Torhüterin des Turniers gewählt und erhielt im selben Jahr den Diamantbollen als Schwedens Fußballspielerin des Jahres. Im Februar 1999 spielte sie aus Anlass der Auslosung der Gruppen der WM 1999 mit einer FIFA-Weltauswahl gegen die Frauen-Fußballnationalmannschaft der Vereinigten Staaten, wobei sie zur zweiten Halbzeit für die chinesische Torhüterin Gao Hong eingewechselt wurde. Das Spiel wird aber nicht als offizielles Länderspiel gezählt. Sie war auch Stammtorhüterin der Schwedinnen bei der Weltmeisterschaft 1999. Bis 2001 bestritt sie insgesamt 46 Länderspiele.