2005年，15岁的卡尔森在男子国际象棋世界杯赛上进入前十名，取得了2006年国际象棋世界冠军候选人赛资格。他也成为历史上获得世界冠军候选人资格的最年轻棋手。

2006年1月，卡尔森以15岁的年龄成为国际象棋等级分突破2600分的最年轻棋手。同年，在荷兰维克安泽国际象棋超级大赛B组比赛中，卡尔森与俄罗斯的莫特廖夫并列冠军。同年，在意大利都灵国际象棋奥林匹克团体赛中，卡尔森出场8次取得6分。同年，卡尔森首次获得挪威全国国际象棋个人赛冠军。

2007年，卡尔森获得西班牙利纳雷斯国际象棋超级大赛并列亚军，等级分超过2700分，以16岁7个月的年龄成为国际象棋历史上等级分超过2700分的最年轻棋手。同年夏天的瑞士比尔国际象棋大师赛上，卡尔森超越小波尔加等众位名将以不败战绩问鼎。11月，在塔尔国际象棋纪念赛上，卡尔森获得并列第三名。同年底在男子国际象棋世界杯赛上，卡尔森进入四强，在半决赛中输给了美国棋手卡姆斯基。

2008年，卡尔森在维克安泽国际象棋超级大赛A组比赛中，与阿罗尼扬并列冠军，并在随后的莫雷利亚-利纳雷斯国际象棋超级大赛中再次获得亚军。4月，卡尔森以等级分2765分升至世界排名第五。随后，他在国际棋联大奖赛巴库站比赛中，与中国棋手王玥和阿塞拜疆棋手加什莫夫并列冠军。在之后的2008年乌克兰Areovist大赛中，卡尔森以明显优势提前一轮问鼎。

2009年，前国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫担任卡尔森的教练。同年，卡尔森在维克安泽国际象棋大赛中获得并列第四名；在利纳雷斯国际象棋超级大赛中，获得并列第三名；在索非亚国际象棋超级大赛中，获得亚军；在多特蒙德国际象棋超级大赛中，获得并列亚军。10月，卡尔森成为历史第五位也是最年轻的等级分达到2800分的棋手。10月9日，在第二届中国南京国际象棋超级大赛中，卡尔森以6胜4和积8分夺得冠军。这场比赛他的表现分达到了历史最高的3002分。11月，年仅19岁的卡尔森在俄罗斯莫斯科举行的国际棋联赛事的最后一场，击败匈牙利棋手莱科，累积总分2806分，比原世界排名第一的托帕洛夫还高一分，由此取代20岁时登榜首的卡斯帕罗夫，成为史上最年轻的国际象棋等级分第一。

2010年6月26日，在罗马尼亚“国王杯”国际象棋邀请赛中，卡尔森以10轮积7.5分的表现获得冠军。10月30日，在第三届中国南京国际象棋超级大赛中，卡尔森以4胜6和积7分的战绩成功卫冕冠军。

2011年6月22日，在罗马尼亚国王杯国际象棋邀请赛中，卡尔森凭借小分优势力压俄罗斯卡尔亚金，蝉联冠军。同年，卡尔森分别在塔尔国际象棋纪念赛、比尔国际象棋大师赛和毕尔巴鄂国际象棋大满贯总决赛中拔得头筹；在维克安泽国际象棋超级大赛和伦敦国际象棋大赛上均获得第三名。

2012年10月，在2012年毕尔巴鄂国际象棋大满贯赛总决赛第二阶段比赛中，卡尔森通过加赛超快棋，以2比0战胜意大利的卡鲁阿纳，夺得该次世界国际象棋大满贯总决赛冠军。12月10日，第四届伦敦经典大赛结束，卡尔森以8轮5胜3和积6.5分（伦敦赛制积18分）夺得冠军。他先后战胜世界排名第二的阿罗尼扬、国际象棋天才朱迪特·波尔加和3名英国棋手，战和当时世界冠军阿南德、前世界冠军克拉姆尼克和美国头号棋手中村光，其表现分达到2991分，等级分增加13分，即时等级分达到2861分，打破由前世界冠军卡斯帕罗夫保持达12年之久的2851分世界纪录。

2013年11月9日至22日，2013国际象棋世界棋王对抗赛在印度钦奈举行，卡尔森挑战世界棋王、印度棋手阿南德。前四局双方打平，第五局和第六局，卡尔森两次在车兵残局中胜出，第七局和第八局是两盘简单的和棋，第九局卡尔森执黑又胜一局，第十局拥有优势的卡尔森选择了弃马换兵的平先局面，至第65回合与对方握手言和。最终卡尔森以胜3局平7局、总比分6.5比3.5击败原世界冠军阿南德，提前两轮结束比赛，成为第16位世界棋王。

2014年1月，在一档电视节目中，卡尔森与比尔·盖茨表演国际象棋超快棋友谊赛，仅用30秒9步便将死对方。6月19日，在阿联酋迪拜举行的2014年国际象棋快棋世锦赛上，卡尔森以15轮积11分的表现获得冠军，也成为第一位获得慢棋世界冠军、快棋世界冠军和超快棋世界冠军的男棋手。6月21日，在国际象棋超快棋世锦赛上，卡尔森以21轮比赛积17分的成绩，再获超快棋冠军，成为同时拥有国际象棋慢棋、快棋和超快棋世界冠军头衔的历史第一人。11月7日至27日，国际象棋世界棋王卡尔森和印度挑战者阿南德，在俄罗斯索契进行了11局的较量，卡尔森以6.5比4.5（3胜7和1负）击败阿南德，提前一轮卫冕并获得60万欧元的冠军奖金。

2015年10月13日，在德国柏林举行的国际象棋快棋世锦赛上，卡尔森以15轮比赛积11.5分的成绩蝉联冠军。12月30日，2015年卡塔尔国际象棋公开赛，卡尔森和余泱漪同积9分并列第一，在两盘5分钟超快棋加赛中，卡尔森连下两城夺得冠军。

2016年2月1日，荷兰维克安泽国际象棋超级大赛，卡尔森以13轮积9分再度夺冠，这也是卡尔森第五次夺得该项赛事的冠军。7月24日，在2016毕尔巴鄂国际象棋大师赛总决赛中，卡尔森以4胜5和1负积17分获得冠军。11月11日至30日，国际象棋世界冠军赛在美国纽约举行，世界棋王卡尔森与挑战者俄罗斯棋手卡尔亚金在12局慢棋比赛中战成1胜10和1负，总比分6比6平，进入快棋加赛。在加赛中，双方经过4局“25+10”（每方25分钟、每步加10秒）快棋赛分出胜负，卡尔森以两和两胜，总比分3比1击败卡尔亚金，再一次成功卫冕，连续第三次在棋王对抗赛中胜出。

2017年11月，2017国际象棋冠军对决赛在美国圣路易斯举行，卡尔森以67比25的优势获得对抗赛的胜利，并获得6万美元的优胜奖。12月，世界国际象棋快棋和超快棋锦标赛在沙特阿拉伯利雅得举行，卡尔森在超快棋公开组的比赛中积16分获得冠军。

2018年1月28日，维克安泽国际象棋超级大赛结束了全部13轮的比赛，卡尔森凭借超快棋加赛击败东道主荷兰棋手吉里荣获冠军。他的这次胜利创造了维克安泽大赛六次夺冠的新纪录。11月9日至27日，在英国伦敦举行的国际象棋世界冠军赛中，世界棋王卡尔森与挑战者美国棋手卡鲁阿纳在慢棋阶段12盘全部战和。11月28日，进行快棋加赛，卡尔森以三连胜成绩成功卫冕，第四次加冕棋王头衔。

2019年1月28日，在维克安泽国际象棋超级大赛中，卡尔森以5胜8和积9分的成绩夺冠，这是他第七次在该赛事中登顶。4月10日，在阿塞拜疆沙姆基尔举行的2019加什莫夫纪念赛中，卡尔森以9战积7分的优势蝉联冠军，也是第四次获得该赛事冠军。5月26日，在苏格兰林多尔斯修道院酒厂举行的国际象棋超级快棋赛中，卡尔森获得冠军。7月8日，在克罗地亚萨格勒布举行的2019国际象棋超级巡回赛第二站比赛中，卡尔森以5胜6和积8分的表现获得冠军，同时其实时等级分达到2882分，追平了他自己多年前创下了世界纪录。8月29日，在美国圣路易斯举行的辛格菲尔德杯国际象棋超级大赛中，卡尔森在最后一轮追平丁立人，在“25+10”的快棋加赛中两战皆平，最后在“5+3”的超快棋加赛中负于丁立人，终结了加赛快棋不败的神话。12月28日，在莫斯科举行的2019世界国际象棋快棋和超快棋锦标赛中，卡尔森获得男子组快棋冠军。12月30日，卡尔森又获得男子组超快棋冠军，再次将慢棋、快棋、超快棋三项世界冠军集于一身。

2020年7月5日，在Chessable国际象棋大师赛决赛中，卡尔森再胜荷兰棋手吉里，以2比0的大比分获得该次比赛冠军。8月20日，国际象棋卡尔森百万美元巡回赛总决赛，卡尔森和中村光在前六轮比赛中战成3比3平，最终卡尔森在“突然死亡”加赛中艰难胜出，夺得巡回赛总决赛冠军。10月11日，在挪威国际象棋大赛第五轮比赛中，卡尔森负于波兰棋手杜达，在长达2年2个月10天的时间内第一次在慢棋比赛中失利，延续125盘的慢棋连续不败（42胜83平）纪录止步于此。

2021年8月5日，在俄罗斯索契进行的2021国际棋联男子世界杯赛三四名决赛中，卡尔森战胜费多谢耶夫，获得第三名。11月至12月，2021国际象棋世界冠军赛在阿联酋迪拜举行，世界棋王卡尔森与挑战者俄罗斯棋手涅波姆尼亚奇开赛后连和五盘，第六盘双方上演一场7小时45分钟的鏖战，以136回合超越1978年卡尔波夫与科尔奇诺伊的124回合对局，创下国际象棋世界冠军赛回合数纪录，卡尔森赢得首胜。第七轮速和，第八轮与第九轮卡尔森再胜两局，第十轮再和。12月10日第11轮，卡尔森用时不到三个半小时击败涅波姆尼亚奇，以总比分7.5比3.5获胜，连续第五次夺得国际象棋世界冠军。

2022年7月20日，国际象棋世界冠军卡尔森明确表示不再捍卫世界冠军头衔。9月，国际象棋超级巡回赛第五站比赛辛克菲尔德杯比赛，卡尔森在第三轮不敌美国棋手尼曼，此前53盘慢棋不败被终结。随后卡尔森在第四轮开始前突然宣布退赛，并暗指尼曼有作弊嫌疑。两周后两人在宝盛代际杯预赛再度相遇，卡尔森又在交手仅两回合后主动认输并关闭摄像头离开比赛。11月14日至21日，2022Meltwater冠军网络巡回赛总决赛在美国旧金山举行，已经提前锁定冠巡赛总冠军的卡尔森，以七轮比赛豪取七连胜，以总分20分的优势获得冠军。12月28日，在哈萨克斯坦阿拉木图举行的2022年国际棋联快棋世锦赛上，卡尔森夺得男子组冠军。12月29日，国际象棋超快棋世锦赛首轮比赛，卡尔森迟到2分半，凭借仅剩的30秒行棋时间成功击败对手。12月30日，夺得2022年国际棋联超快棋世锦赛男子组冠军。这是卡尔森第六次赢得超快棋世锦赛冠军，同时也是他继2014年和2019年之后，第三次将慢棋、快棋和超快棋三项世界冠军同时集于一身。

2023年1月30日，在第85届维克安泽国际象棋超级大赛上，卡尔森积8分，获得大师组第三名。7月5日至9日，在克罗地亚萨格勒布举行的2023国际象棋超级巡回赛第三站比赛快棋和超快棋赛中，卡尔森以总分26分获得冠军，这也是卡尔森继波兰华沙站之后，第二次拿到分站赛冠军。8月24日，在2023国际棋联世界杯赛冠亚军决赛的快棋加赛中，卡尔森在25分钟快棋赛中以1胜1和击败印度棋手普拉格纳南达，首度获得世界杯赛冠军。这意味着卡尔森拿到了所有世界大赛的冠军，实现了大满贯。12月15日，国际棋联公布了卡尔森指控尼曼作弊事件的调查结果，结论是没有证据表明尼曼在该届比赛中有作弊行为，卡尔森因在比赛中退赛被罚款1万欧元。12月26至30日，在乌兹别克斯坦撒马尔罕举行的2023年国际棋联世界快棋超快棋锦标赛上，卡尔森分别以积10分和16分的成绩蝉联快棋和超快棋冠军，棋弈生涯第七次获得超快棋世锦赛冠军，第五次获得快棋世锦赛冠军，同时继2014年、2019年和2022年之后，第四次在快棋和超快棋世锦赛中夺得双冠。

2024年2月，在德国维森豪斯举行的国际象棋960（菲舍尔任意制国际象棋）挑战赛慢棋淘汰赛中，卡尔森先战平法国棋手菲罗贾后在快棋加赛中取胜，再在半决赛中以1.5比0.5战胜了乌兹别克斯坦棋手阿卜杜萨托洛夫，又在决赛中以相同比分战胜卡鲁阿纳，最终获得国际象棋960挑战赛冠军。4月2日，德国格伦克国际象棋大赛循环赛阶段结束，卡尔森排在第一名，在随后的排位赛中，以1胜1和的成绩战胜拉波尔特，获得冠军。这是在2015年和2019年之后，卡尔森第三次获得该项比赛的冠军。5月，卡尔森凭借最后一个比赛日的出色发挥超越中国棋手韦奕，积26分夺得2024国际象棋超级巡回赛首站比赛的冠军。6月8日，卡尔森先与卡鲁阿纳三次重复和棋，后在“突然死亡”加赛中战胜卡鲁阿纳，获得2024年挪威国际象棋大赛男子组冠军，这是他第六次获得这项赛事的冠军。9月，第45届世界国际象棋奥林匹克团体赛个人台次奖牌竞争中，卡尔森以2810分获得男子组第一台季军。

卡尔森的父亲亨里克·卡尔森（Henrik Carlsen）是一位工程师，在石油行业担任IT顾问，也是一名水平不错的国际象棋棋手。母亲西格鲁恩（Sigrun Oren）是一位化学工程师，她不会下国际象棋。

卡尔森有一个比他大4岁的姐姐艾伦（Ellen）和两个比他小1岁和4岁的妹妹英格丽德（Ingrid）和希涅（Signe）。童年的卡尔森喜欢捉弄他的姐姐与妹妹们，这不得不让她们联合起来对付他。孩子们之间的激烈“冲突”似乎是这个家庭中唯一的“不谐之音”。然而，卡尔森对国际象棋的兴趣恰恰得益于他与姐妹们的“交锋”。

卡尔森喜欢打乒乓球，到中国参加国际象棋比赛时随身带着乒乓球板，右手横拍弧圈球是他的技术特长，而且他的手臂伸展开来很长。不过打球时过于放松，有时也给人感觉到一点任性的脾气。

卡尔森不仅在棋盘上精于算计，在挣钱和花钱方面也保持了家族不铺张浪费的传统。2013年8月14日，斯堪的纳维亚半导体公司与卡尔森签订了为期3年的赞助合同。卡尔森同妹妹英格丽德住在一所公寓，条件是妹妹负责住宅卫生，清扫和收拾房间，清洗盘子，整理衣物，卡尔森向妹妹支付服务。

前世界棋王、俄罗斯棋手加里·卡斯帕罗夫：“卡尔森是继菲舍尔之后涌现出来的又一世界顶级天才型西方棋手，这对国际象棋非常好。”“卡尔森将会改变古老的国际象棋。”“卡尔森确实是一个天才少年。他的状态非常理想，他不断提高自身技巧和能力，成为世界排名第一的棋手当之无愧。”“卡尔森的棋力强大，能捕捉简化局面的知觉，走棋高度精确。他获得了世界冠军们的真传。与卡尔波夫等棋手相同，卡尔森能感受到棋盘的和谐之处。”

前世界棋王、印度棋手维斯瓦纳坦·阿南德：“卡尔森进步非常快，他是世界第一，早就独立闯天下了。”“卡尔森和我是两个不同时代的棋手，他很年轻，是国际象棋新一代的代表。”

2013年，卡尔森被美国《时代》杂志列入全球100名最具影响力人物榜。

2016年底，美国影视公司推出影片《马格努斯》。导演本杰明雷请卡尔森、阿南德和卡斯帕罗夫担任片中的角色。这部长达78分钟的纪录片展示了卡尔森的快速成长之路，介绍了他13岁时战平卡斯帕罗夫，成为国际象棋史上第三个最年轻顶尖棋手的经历，还再现了卡尔森父母、姐妹的生活情景。