L'intérêt de Carolyn Carlson pour l'improvisation en solo l'amène naturellement à travailler avec des musiciens de jazz, et en particulier une longue collaboration avec John Surman, mais aussi Joachim Kühn, Michel Portal ou son compagnon le compositeur français René Aubry. La musique contemporaine est aussi très présente dans l'œuvre de Carolyn Carlson, avec des collaborations avec des compositeurs majeurs comme Pierre Henry, Kaija Saariaho, Gavin Bryars ou Philip Glass. Elle a également collaboré avec des plasticiens comme le peintre Olivier Debré qui réalisa des décors monumentaux pour la pièce Signes.