Carlén debuterade i Sveriges herrlandslag som 19-åring den 4 april 2007 och mästerskapsdebuterade vid EM 2008 i Norge. I gruppspelsmatchen mot Slovakien fick Carlén sitt stora genombrott med 5 mål på 6 skott. Sverige vann matchen med 41-25. Även i VM 2009 i Kroatien var Oscar Carlén med. I VM 2011 var Oscar Carlén en viktig spelare i Sverige, men inför matchen mot Danmark blev han knäskadad. Men han var tillbaka i semifinalen. Carlén skulle sedan inte spela fler mästerskap på grund av flera korsbandsskador. På fyra år hann han med 78 landskamper och 214 landslagsmål.