W 2005 roku przeszła do stacji Fox News, gdzie przez siedem lat współprowadziła poranny program Fox & Friends u boku Steve'a Doocy'ego i Briana Kilmeade'a.
We wrześniu 2013 roku objęła prowadzenie własnego programu publicystycznego The Real Story with Gretchen Carlson, emitowanego w paśmie popołudniowym. Jej współpraca z Fox News zakończyła się w czerwcu 2016 roku, gdy stacja nie przedłużyła z nią kontraktu, co doprowadziło do wszczęcia sporu prawnego.
Sprawa Rogera Ailesa 6 lipca 2016 roku Carlson pozwała Rogera Ailesa, oskarżając go o wieloletnie molestowanie seksualne i mobbing oraz o sabotowanie jej kariery w odwecie za odrzucanie jego propozycji seksualnych. Jej publiczne oskarżenie ośmieliło ponad 20 innych kobiet do ujawnienia podobnych doświadczeń, co przyczyniło się do przymusowej dymisji Ailesa 21 lipca 2016 roku. Po odejściu ze stacji Ailes doradzał w kampanii wyborczej politykowi Donaldowi Trumpowi.
We wrześniu 2016 roku koncern 21st Century Fox zawarł z Carlson ugodę, wypłacając jej 20 milionów dolarów odszkodowania oraz publikując oficjalne przeprosiny za brak należytego traktowania.