Am 29. April 1992 debütierte der 26-jährige Carlton Palmer in der englischen Nationalmannschaft beim 2:2 in Russland. Im Sommer 1992 bestritt er drei weitere Vorbereitungsspiele für die Fußball-Europameisterschaft 1992 in Schweden und wurde von Nationaltrainer Graham Taylor in den englischen EM-Kader berufen. Palmer bestritt alle drei Vorrundenspiele, musste mit England jedoch bereits nach der Vorrunde die Heimreise antreten. Nach dem Turnier bestritt er acht Spiele in der Qualifikation zur Fußball-Weltmeisterschaft 1994 in den USA und erzielte beim 6:0-Heimsieg über San Marino seinen ersten Treffer. England erreichte jedoch nur den dritten Platz hinter Norwegen und den Niederlanden und verpasste damit die Teilnahme am Endturnier. Unter Taylors Nachfolger Terry Venables kam Palmer nicht mehr zum Einsatz.