Für Schweden nahm Karlsson an der U18-Junioren-Weltmeisterschaft 2008 sowie der U20-Junioren-Weltmeisterschaft 2009 teil. Dabei wurde er bei beiden Turnieren jeweils als bester Verteidiger ausgezeichnet und stand bei der U20-Junioren-Weltmeisterschaft, die er mit dem Gewinn der Silbermedaille abschloss, zu dem im All-Star-Team.