Karlsson har vært valgt til Riksdagen fra Skåne läns nordre og østre krets (gamle Kristianstads län) siden 2010. Han har vært medlem av kulturutvalget 2010–2012, arbeidsmarkedsutvalget 2012–2014 og krigsdelegasjonen siden 2014. Etter to år som nestleder i riksdagsgruppen ble han gruppeleder i 2014. Karlsson fungerte som partileder i Åkessons sykefravær da Sverigedemokraterna utløste regjeringskrise ved å stemme imot budsjettforslaget fra regjeringen Löfven i desember 2014.