Karlgren wniósł wielki wkład do chińskiej lingwistyki, fonologii, filologii i historii sztuki. Był też tłumaczem wielu klasycznych dzieł dawnej literatury chińskiej takich jak Księga Pieśni czy Księga Dokumentów; badał też Zhou Li i Zuozhuan. Jego pracę o starożytnych chińskich brązach przyniosły mu wielkie uznanie wśród chińskich badaczy, którzy nie znali jego dzieł filologicznych, na świecie uznawanych za prawdziwie przełomowe. Jego słownik dawnego chińskiego – Grammatica Serica Recensa – jest powszechnie używany przez badaczy na całym świecie.
Publikacje (wybór) Études sur la phonologie chinoise, 1915–1926. Ordet och Pennan i Mittens Rike, 1918, (wersja angielska Sound and symbol in Chinese), London: Oxford University Press, 1923 „The reconstruction of Ancient Chinese”, T'oung Pao, vol. 21, ss.