Khi còn bé, Carlsen có phong cách thi đấu dữ dội và mạnh mẽ,[138][139] và theo Agdestein, phong cách chơi của anh được miêu tả là "không sợ hãi, luôn sẵn sàng thí quân để hoạt động".[140] Khi trưởng thành, Carlsen nhận ra rằng phong cách chơi mạo hiểm này không còn phù hợp ở đẳng cấp thế giới nữa. Khi tham dự các giải đấu hàng đầu, anh luôn vất vả trước các kỳ thủ mạnh và gặp rất nhiều khó khăn sau khai cuộc. Để có thể tiếp tục, phong cách của Carlsen trở nên ôn hòa hơn, có khả năng xử lý tốt tất cả các loại thế trận. Khi khai cuộc, Carlsen thường mở đầu với 1.d4 và 1.e4 cũng như 1.c4 và 1.Mf3 khiến cho các đối thủ rất khó đối phó với anh.[141][142] Evgeny Sveshnikov đã từng phê bình cách chơi khai cuộc của Carlsen, trả lời trong một cuộc phỏng vấn năm 2013 rằng nếu không có một sự tiếp cận "khoa học" để chuẩn bị, "tương lai của anh ta không hề hứa hẹn".[143]

Gary Kasparov, người huấn luyện Carlsen từ 2009 đến 2010 nói rằng Carlsen có phong cách nặng về chiến lược và thế trận giống với các cựu vô địch thế giới như Anatoly Karpov, José Raúl Capablanca và Vasily Smyslov hơn là về chiến thuật như Alexander Alekhine, Mikhail Tal và chính bản thân Kasparov.[145] Tuy nhiên, theo Carlsen, anh không thiên về loại phong cách thi đấu nào cả.[82] Vào năm 2013, Kasparov cho rằng "Carlsen là sự tổng hợp của Karpov và Bobby Fischer. Anh tìm cách đạt được thế trận tốt hơn và không bao giờ để tuột mất. Điều đó khiến các đối thủ cảm thấy mệt mỏi và kiệt sức."[146] Anand đã từng phát biểu về Carlsen: "Các ý tưởng lớn xuất hiện trong đầu anh ta một cách rất tự nhiên. Anh ta cũng rất linh hoạt. Anh ta biết mọi loại cấu trúc và có thể chơi gần như bất kỳ thế trận nào. … Magnus quả thật có thể làm bất cứ việc gì."[147] Kasparov bày tỏ quan điểm tương tự: "Carlsen có khả năng đánh giá chính xác mọi loại thế trận, điều mà trước đó chỉ có Karpov mới dám khoe khoang."[148] Trong một cuộc phỏng vấn năm 2012, Vladimir Kramnik cho rằng rất nhiều thành công của Carlsen trước các kỳ thủ hàng đầu đến từ "nền tảng thể lực tuyệt vời" và khả năng tránh "sai sót tâm lý", khiến cho Carlsen có thể duy trì thi đấu ở mức độ cao qua các trận đấu dài hơi và đến tận cuối các giải đấu, khi mà các kỳ thủ khác đều đã cảm thấy mệt mỏi.[149]

Kỹ năng tàn cuộc của Carlsen được miêu tả là thuộc hàng xuất sắc nhất trong lịch sử cờ vua.[150][151][152][153] Jon Speelman, phân tích một vài trận mà Carlsen chơi toàn cuộc từ Giải London Classic năm 2012 (đặc biệt là chiến thắng trước McShane, Aronian và Adams) đã miêu tả một thứ mà ông gọi là "Hiệu ứng Carlsen":

... nhờ sự kết hợp giữa kỹ năng và danh tiếng, anh ta khiến mọi đối thủ phải mắc lỗi. … Anh ta có thể chơi mãi mãi một cách bình tĩnh, cẩn thận và có lẽ quan trọng nhất là không hề sợ hãi: tính toán chính xác với chỉ một vài lỗi sai và một tỉ lệ lớn các nước "rất tốt". Điều đó làm cho anh ta trở thành một con quái vật và khiến rất nhiều đối thủ sợ hãi, nản chí.[154]