Se caracterizaba por su potente saque, ayudado por su altura, lo que lo colocó muchas veces como el líder del circuito en cantidad de aces y promedio de puntos ganados con su primer saque.
En 2010, eliminó en primera ronda a Radek Štěpánek del Abierto de Australia, y llegó a octavos de final, ronda en la que fue eliminado por Rafael Nadal.
Asimismo, alcanzó las semifinales en la modalidad de dobles junto al serbio Dusan Vemic.
Ha alcanzado nueve finales, y tres títulos ATP en individuales después de cumplir los 35 años.
Karlovic ha declarado que le interesa continuar rompiendo récords relacionados con su avanzada edad en el circuito ATP, mientras su ranking se lo permita.
Ganó este encuentro y luego perdió ante Jordan Thompson en segunda ronda.
Sus resultados fueron menos exitosos y terminó la temporada en el puesto 147°, es decir fuera del top 100 por primera vez en 18 años.
Fue derrotado en primera ronda de lo que sería su participación n.º 17 en el torneo y N.º 63 en Grand Slams.
Posteriormente jugó la qualy de Indian Wells donde fue derrotado, dejando en suspenso su retiro.
Su altura de 2,11 metros le permite sacar a gran velocidad generando una trayectoria y precisión única.
También posee el cuarto lugar con 75 aces ante Horacio Zeballos en primera ronda del Abierto de Australia 2017.
Ken Rosewall, Torben Ulrich lo lograron en los años 70's, y el último, Jimmy Connors, en 1993.
En el Abierto de Australia 2020, con 40 años y 11 meses, derrotó en primera ronda a Vasek Pospisil, transformándose en el tenista más veterano en ganar un partido de Grand Slam desde que Ken Rosewall lo hiciera en 1978.
Su padre Vlado es meteorólogo, y su madre Gordana escribe sobre agricultura; tiene una hermana llamada Anna.