Han har dømt flere landskamper på U-17 og U-21-nivå, blant annet flere kamper under kvalifisering til aldersbestemte europamesterskap. Karlsson debuterte internasjonalt som hoveddommer på øverste nivå den 4. september 2020, da han dømte gruppekampen i UEFA Nations League 2020–2021 mellom og (0–2).