Erste internationale Erfahrungen sammelte Karsten Warholm bei den Jugendweltmeisterschaften 2013 in Donezk, bei denen er die Goldmedaille im Achtkampf gewann. Ein Jahr darauf belegte er bei den Juniorenweltmeisterschaften in Eugene den zehnten Platz im Zehnkampf. 2015 gewann er bei den Junioreneuropameisterschaften in Eskilstuna die Silbermedaillen im Zehnkampf und im 400-Meter-Lauf.