1998年首次當選議員，2002年至2010年任瑞典議會國防委員會委員，2008年至2010年任議會國防委員會主席。2010年起任議會外事委員會主席。

2012年4月18日，瑞典首相弗雷德里克·賴因費爾特宣布，任命卡琳·恩斯特倫為國防大臣，接替上月底辭職的斯滕·托爾格福什。賴因費爾特在當天和恩斯特倫舉行的聯(lián)合記者招待會上說，新國防大臣的任命即刻生效，恩斯特倫將馬上投入工作。他還介紹說，恩斯特倫是一位有經(jīng)驗的政治家，她本人也有擔任軍官的職業(yè)經(jīng)歷。

2014年9月16日，瑞典國防大臣卡琳·恩斯特倫否認國防部知道皇家理工學院和中國航空研究院之間的Edge研究合作，或者可能向中國出售Edge軟件的計劃。