Kolejne singlowe zwycięstwo Chorwat osiągnął w lutym 2015, po wygranej w Delray Beach z Donaldem Youngiem 6:3, 6:3. W czerwcu Karlović został mistrzem gry podwójnej w ’s-Hertogenbosch wspólnie z Łukaszem Kubotem. Debel ten pokonał w finale Pierre’a-Hugues’a Herberta i Nicolasa Mahuta. W lipcu ponownie osiągnął finał w Newport, lecz tym razem uległ w nim 6:7(5), 7:5, 6:7(2) Rajeevowi Ramowi.
W sezonie 2016 Karlović został zwycięzcą dwóch turniejów, w Newport oraz Los Cabos. Był także w finale zawodów w Waszyngtonie.
Od roku 2000 Karlović jest reprezentantem Chorwacji w Pucharze Davisa. Do końca 2016 rozegrał dla zespołu 27 meczów (singiel i debel), z których w 13 wygrywał.
Karlović jest najwyższym zawodnikiem w gronie stu najlepszych tenisistów od wprowadzenia rankingu światowego w 1973 – mierzy 211 cm. Potężnemu wzrostowi zawdzięcza nieprzeciętne możliwości serwisowe. 19 czerwca 2015 roku, podczas turnieju w Halle, ustanowił rekord świata w liczbie zaserwowanych asów w meczu do dwóch wygranych setów, serwując 45 asów i pokonując Tomáša Berdycha 7:5, 6:7(8), 6:3. Karlović jako drugi tenisista w historii przekroczył liczbę 10 000 zaserwowanych asów. Miało to miejsce podczas turnieju w Montrealu w 2015 roku w zwycięskim meczu drugiej rundy przeciwko Milosowi Raonicowi.