Ha conquistato il titolo mondiale assoluto nel 2013 nella sfida contro Viswanathan Anand (6½ - 3½), per poi difenderlo con successo quattro volte: nuovamente contro Anand nel 2014 (6½ - 4½), nel 2016 contro Sergej Karjakin (9 - 7 dopo gli spareggi rapid), nel 2018 contro Fabiano Caruana (9 - 6 dopo gli spareggi rapid) e nel 2021 contro Jan Nepomnjaščij (7½ - 3½), per quindi rinunciare a difendere il titolo nel 2023. Nel 2024 la FIDE, in occasione del suo centenario, lo ha insignito del premio Miglior giocatore di tutti i tempi.

Stile Nei primi anni di carriera aveva uno stile improntato all'attacco, al punto da essere accostato (2006) a quello di Michail Tal', caratterizzato da «un'impavida prontezza nel cedere materiale in cambio di attività». Successivamente si è orientato verso uno stile più posizionale: in un'intervista (2009) con il già campione del mondo Garri Kasparov si è parlato delle sue sessioni di allenamento con Carlsen, nella quale il campione russo ha affermato che lo stile di Carlsen è molto differente dal suo e ricorda più quello di Anatolij Karpov, di José Raúl Capablanca o di Vasilij Smyslov, avendo come punto di forza una grande abilità innata nel valutare la posizione, definendolo in un'altra occasione, nel 2019, «una combinazione letale tra Bobby Fischer e Anatolij Karpov».

Nel 2008 il già Campione del Mondo Vladimir Kramnik ha dichiarato di considerarlo, in potenza, per gli scacchi quello che Roger Federer era per il tennis, dichiarando che «raramente si vede una tale combinazione di classe, carattere, un carattere molto sportivo, alta concentrazione, un fantastico sistema nervoso, per quanto riguarda gli scacchi». Del Carlsen quindicenne, lo stesso ha dichiarato riguardo alla comprensione posizionale del gioco che a quell'età né quella di Kasparov né quella di Karpov erano al livello di quella del norvegese.

Ha un vasto repertorio d'apertura, predilige, con la scelta di varianti minori relativamente meno note, il raggiungimento di posizioni prive di vantaggi immediati ma in grado di creare al suo avversario problemi di difficile soluzione, punta più al piano strategico che alla risoluzione tattica, contando sulla sua migliore preparazione e comprensione posizionale, benché dal 2019 abbia utilizzato con ottimi risultati spesso anche varianti mainstream che portano ad attacchi definiti «spietati», fatto che è stato definito una «trasformazione», mentre riferendosi al suo gioco nel corso dell'anno Anish Giri lo ha definito «un altro giocatore», dichiarando che queste aggiunte al suo già vasto repertorio rendono Carlsen uno dei giocatori più preparati al mondo.

Le aperture da lui giocate portano generalmente a un mediogioco ove è in grado, quando non ottiene un vantaggio concreto, di condurre la partita mantenendo una pressione costante sull'avversario. Ha definito questa fase della partita «la mia preferita», poiché diversamente dall'apertura (condizionata dall'influenza dei motori scacchistici) e dal finale (nei quali le tablebase sono in grado di fornire una soluzione esatta) vi si possono giocare scacchi «puri».

È un eccellente finalista, al punto di essere stato definito come il possibile migliore di tutti i tempi: con l'iniziativa gioca spesso ben oltre il normale momento in cui molti altri grandi maestri offrirebbero patta, sino a che esiste una pur minima possibilità di vittoria. Tale abilità nei finali gli permette anche di salvare posizioni inferiori, sfruttando le sue grandi capacità difensive..

Nelle partite che durano più a lungo della norma può contare sulla sua grande resistenza psicofisica: il Campione del mondo FIDE 2005-2006 Veselin Topalov lo ha definito «molto robusto fisicamente», aggiungendo che «dopo la settima ora di gioco il suo cervello lavora in pratica allo stesso livello della seconda». Carlsen ha da parte sua dichiarato che le sue sessioni di allenamento prevedono sia esercizi fisici sia mentali.

Punteggio Elo FIDE

Nel novembre 2009 ha raggiunto un punteggio Elo di 2801 nella lista FIDE, 5º di sempre a superare i 2800 punti. Questo risultato, ottenuto a 18 anni, 11 mesi e 2 giorni d'età, sarà record di precocità fino al 2021, quando sarà superato da ʿAlīreżā Firūzjāh a 18 anni, 5 mesi e 13 giorni.

Nella lista di gennaio 2010 ha raggiunto un punteggio di 2810, diventando così, all'età di 19 anni e 32 giorni, il più giovane giocatore a raggiungere la prima posizione nella graduatoria mondiale. È il secondo giocatore per numero di mesi al primo posto nella classifica (165 a aprile 2024), davanti a Anatolij Karpov (102) e alle spalle di Garri Kasparov (255).

Ha raggiunto il punteggio di 2861 nella lista di gennaio 2013, superando così il precedente record di 2851 punti appartenente a Garri Kasparov, stabilito nel luglio 1999, nella quale risulta primo davanti al già Campione del mondo Vladimir Kramnik e all'armeno Lewon Aronyan. Il suo punteggio massimo nelle liste FIDE è stato di 2882 punti che ha ottenuto nel maggio 2014, record mondiale che ha poi eguagliato nell'agosto 2019.

Detiene anche il record assoluto dell'Elo rapid; prima ha raggiunto nel dicembre 2016 2906 punti, in seguito alla vittoria del campionato del mondo contro Sergej Karjakin, ottenuta proprio agli spareggi rapid. Ha migliorato ancora il suo record nel luglio 2017 arrivando a 2919 punti.

Per quanto riguarda l'Elo nel gioco lampo, in luglio 2014 ha toccato il valore record di 2948 punti, superando così il record di 2923 punti che apparteneva ad Aleksandr Griščuk, stabilito nel mese di agosto 2012. Carlsen si è superato ancora anche in questa cadenza nel dicembre 2017, toccando la quota di 2986 punti.

Carriera Giovanili e Juniores

2000 Vince il Campionato norvegese under 11. 2001 A Randaberg vince il Campionato norvegese under 12 con 7 su 7.. 2002 A Candia giunge 2º nel Campionato del mondo giovanile under 12 alle spalle del russo Jan Nepomnjaščij. A Peñíscola è 6° nel Campionato europeo giovanile under 12. 2003 Vince a Oslo l'Open Norwegian under 20 con 9 su 9. A settembre si classifica 3º nel Campionato europeo giovanile under 14 di Budua (vinto dal bielorusso Sjarhej Žyhalka). Tra ottobre e novembre gioca nel Campionato del mondo giovanile under 14. Ottiene 7½ su 11 per il 9º posto finale.

Individuali Anni 2000 2003 A gennaio disputa il Troll Master: con 7/10 giunge =3°-6°, il risultato gli vale la prima norma di maestro internazionale.. In aprile disputa il Gausdal Classics nell'omonima città norvegese. Chiude l'evento a 11 turni come =11º su 12 partecipanti con 4 punti su 11 (+2 =4 -5). Di giugno è il 6/9 nel Salongernas IM-tournament di Stoccolma, con il quale ottiene la seconda norma MI. In luglio partecipa a Copenaghen alla Politiken Cup: giunge =7°-16° con 8/11 e ottiene la terza e definitiva norma MI, titolo che viene ratificato in agosto. 2004

A gennaio vince il gruppo C del Torneo di Wijk aan Zee con 10½ su 13, ottenendo il premio del pubblico per la partita con Sipke Ernst e la prima norma di grande maestro. A febbraio prende parte all'Open Aeroflot. I 5 punti e ½ su 9 gli valgono la seconda norma. In aprile partecipa all'Open di Dubai, giungendo 2º a pari merito con altri 10 giocatori (6½ su 9) ottenendo la terza norma e diventando così ufficialmente il secondo più giovane grande maestro di sempre sino ad allora. In luglio si classifica 2º nel campionato assoluto norvegese, davanti al suo allenatore Simen Agdestein. Conclude a pari punti (7 su 9, 6 vittorie, 2 pareggi e una sconfitta) con Berge Østenstad, il quale si laurea Campione grazie a due patte nello spareggio, sufficienti in quanto in possesso di un miglior tie-break iniziale (5 vittorie, 4 pareggi e nessuna sconfitta). Di settembre-ottobre è la sua seconda partecipazione al Gausdal Classics, ottiene in questa edizione 5 punti su 9 (+4 =2 -3) e il 5º posto finale. In ottobre disputa il quadrangolare Essent a Hoogeveen, Paesi Bassi, che, con 2 punti su 6 (+1 =2 -3), lo vede chiudere all'ultimo posto.. Tra il dicembre e il successivo gennaio 2005 prende parte a Drammen allo Smartfish Chess Masters: la sua vittoria nel 7º turno contro l'allora Top 10 Aleksej Širov, «una delle partite più emozionanti del torneo», fa scalpore. L'evento lo vede giungere (3 su 9, una vittoria, 4 pareggi e 4 sconfitte) penultimo davanti per spareggio tecnico ad Antoaneta Stefanova. 2005 In gennaio gioca nel gruppo B del Torneo di Wijk aan Zee. I 7 punti su 13 (+3 =8 -2) lo fanno classificare 7º su 14. In aprile disputa per la terza volta il Gausdal Classics, che chiude 7º su 10 con 4 punti su 9. È di luglio la sua seconda partecipazione al Campionato assoluto norvegese: conclude nuovamente a pari merito (7 su 9, 6 vittorie, 2 pareggi e una sconfitta) al primo posto, per poi essere battuto da Simen Agdestein agli spareggi a cadenze veloci: dopo due patte, in questa edizione era stato abolito il criterio del miglior tie-break per decidere il vincitore in caso di patta nelle rapid, Carlsen viene sconfitto per 2½ a 3½ nelle successive partite a gioco rapido, giungendo quindi nuovamente 2º. Sempre in luglio gioca nel torneo di Biel. Il doppio girone all'italiana lo vede chiudere ultimo su 6 con 4 su 10 (+0 =8 -2). In ottobre vince a Gausdal il Memorial Arnold Eikram con 8 su 9, esito che è stato definito «probabilmente il miglior risultato di torneo di sempre per un norvegese», realizzando una performance Elo di 2792 punti, senza precedenti per un giocatore di quella fascia d'età. Ancora in ottobre partecipa alla Samba Cup di Skanderborg, Danimarca, nella quale ottiene 4 punti su 9 (+1 =6 -2) e l'8º posto su 10 partecipanti. 2006 Di gennaio è la sua seconda partecipazione al gruppo B del Torneo di Wijk aan Zee: con +6 =6 -1 ottiene 9 punti su 13 e il 1º posto a pari merito con Aleksandr Motylëv. È di maggio l'evento a 6 giocatori Bosnia Sarajevo: con 5½ su 10 (+1 =9 -0) è =1º assieme a Vladimir Malachov e Liviu Dieter Nisipeanu. A luglio si classifica =2º con Teymur Rəcəbov nel torneo di Biel, battendo il vincitore Aleksandr Morozevič in entrambi gli scontri diretti. Il torneo a squadre, giocato ad Amsterdam in agosto, con il Sistema Scheveningen Experience Vs Rising Stars lo vede realizzare 6½ su 10, ottenendo con il miglior risultato nella squadra il diritto di partecipare al torneo Melody Amber del 2007. Tra luglio e agosto gioca nuovamente a Biel, giungendo in questa edizione =2º (6 su 10, +4 =4 -2) assieme a Teymur Rəcəbov alle spalle di Aleksandr Morozevič. In settembre vince il Campionato norvegese assoluto. Concluso l'evento con 7 su 9 a pari merito ancora una volta col suo maestro Simen Agdestein, i due hanno disputato i previsti spareggi. Con il risultato di 1 - 1 nelle due partite a cadenza classica, sono state giocate quelle rapid, che hanno visto prevalere il giovane per 2–0. Questo successo ha reso Carlsen il secondo giocatore più giovane a vincere tale evento, alle spalle proprio di Agdestein. In novembre prende parte al Memorial Michail Tal', che conclude penultimo con 3½ su 9 (+0 =7 -2). 2007

In gennaio esordisce nel gruppo A del Corus Wijk aan Zee nel quale ottiene 4½ punti su 13 (+0 =9 -4) che lo lasciano all'ultimo posto assieme a Aleksej Širov. Con l'Elo più basso degli otto partecipanti, si classifica 2º (7½ +4 =7 -3) per spareggio tecnico su Morozevič nel torneo di Morelia-Linares (Media Elo 2745) di marzo, dietro al vincitore Anand che lo sconfigge in entrambi gli incontri.