Phương diện quân Karelia được thành lập ngày 1 tháng 9 năm 1941 dựa trên chỉ lệnh của Bộ tổng tư lệnh tối cao Liên Xô (STAVKA) ra ngày 23 tháng 8 năm 1941, về việc chia Phương diện quân Bắc thành Phương diện quân Karelia và Phương diện quân Leningrad. Biên chế của phương diện quân Karelia gồm các tập đoàn quân 7, 14, các đơn vị độc lập chiến đấu ở vùng cực và Karelia. Ngoài ra còn được phối thuộc Hạm đội Biển Bắc. Tháng 9 năm 1941, tập đoàn quân 7 không còn nằm trong biên chế của phương diện quân và trực thuộc STAVKA. Các trận phòng thủ của phương diện quân được tiến hành từ vùng Bắc Cực và Karelia của Liên Xô tới bờ phía bắc của hồ Ladoga. Đến cuối năm 1941, phương diện quân Karelia đã chặn được bước tiến của quân Đức và ổn định được chiến tuyến.[1]

Bắt đầu năm 1942, phương diện quân thực hiện các chiến dịch tấn công và phòng thủ, kết quả là đã phá vỡ được kế hoạch tiến quân của quân Đức tại phía bắc. Giữa năm 1942, các tập đoàn quân 19, 26, 32 được thành lập từ các đơn vị của phương diện quân. Cuối năm 1942, không quân của phương diện quân hợp nhất thành tập đoàn quân không quân 7. Tháng 2 năm 1944, tập đoàn quân hợp thành 7 được đưa trở lại biên chế của phương diện quân. Trong các chiến dịch phản công vào tháng 6-9 năm 1944, các đơn vị của phương diện quân đã giải phóng Karelia, vùng Bắc Cực của Liên Xô, khôi phục lại biên giới với Phần Lan và Na Uy.[1]

Phương diện quân giải thể vào ngày 15 tháng 11 năm 1944 theo chỉ lệnh của STAVKA ra ngày 7 tháng 11 năm 1944. Bộ chỉ huy và các đơn vị rút về làm lực lượng dự bị của STAVKA. Tháng 4 năm 1945, các đơn vị được chuyển đến vùng Viễn Đông và thành lập Phương diện quân Viễn Đông 1.[1]