Karlien Bartels groeide op in een klassieke muziek georiënteerde familie en start op twaalfjarige leeftijd in de Jong Talentenklas van het Noord Nederlands Conservatorium. Al gauw na het behalen van haar middelbare school diploma verhuist ze naar Parijs om haar studie voort te zetten aan het Conservatoire National Superieur bij Michel Strauss, waar zij haar Master's Degree behaalt met een 'Premier Prix'. Kamermuziekonderricht ontvangt ze van onder andere Itamar Golan, Marc Coppey en Vladimir Mendelssohn. Daarnaast krijgt ze waardevolle masterclasses van musici als Alexander Rudin, David Geringas, Gustav Rivinius, Lluis Claret, Ivry Gitlis en het Juilliard String Quartet. Parallel aan haar studie in Parijs behaalt ze een Tweede Fase diploma aan het Koninklijk Conservatorium Den Haag, en perfectioneert vervolgens haar spel bij Reinhard Latzko aan de Universität für Musik und Darstellende Kunst in Wenen. Tijdens haar studie wordt ze toegelaten tot de Academie van het Orchestre de Paris op uitnodiging van Christoph Eschenbach.
Haar carrière bracht haar in de meeste Europese landen, de VS en Japan. Ze gaf recitals in bekende Europese zalen als de Salle Pleyel, Cité de la Musique, het Rudolfinum, Reduta Hall, Muziekgebouw aan ’t IJ en speelde concerten in het kader van de 'New Masters on Tour' serie van de International Holland Music Sessions. Als soliste was ze te beluisteren in de celloconcerten van Schumann, Dvorak, Haydn, Elgar, Lalo en Saint-Saëns. Met regelmaat wordt zij gevraagd als plaatsvervangend solo-cellist bij het Nationaal Orkest van België en als solo-cellist bij het PHION. Tevens speelde ze in het Orchestre de Paris onder leiding van dirigenten als Llorin Maazel, Herbert Blomstedt, Andris Nelsons, Paavo Järvi en anderen. Ze werkte nauw samen met pianiste Mami Hagiwara met wie zij tijdens een tournee naar Japan een aantal belangrijke herdenkingsconcerten in Hiroshima speelde. In Parijs is ze een aantal jaar celliste van het Trio Lehmann en het Ensemble Eria, en tegenwoordig maakt ze deel uit van het Nederlandse Gauguin Ensemble, hun cd 'Color Soni' (trio's van Brahms, Zemlinsky en Zuidam) werd gewaardeerd met een 10 in 'Luister'. Met cellist Florent Maigrot vormt zij een cello-duo, waarvoor de Japanse componist Kenji Sakai het werk 'l’Espace Interieur' schreef.
Met regelmaat is Karlien te gast op verscheidene kamermuziekfestivals waaronder het Krakow Cello Spring Festival, Kuhmo Chamber Music, het Encore Music Festival, Festival van Richelieu, het Kamermuziekfestival Schiermonnikoog en het Aurora Festival. Als laureate van verscheidene concoursen (o.a. Prinses Christina Concours, Stichting Jong Muziektalent, De Voorziening voor Excellente Jonge Musici, Concours Internationale Flame Paris) ontvangt ze beurzen voor uitzonderlijk talent waaronder de Nederlandse Prins Bernhard Cultuurfonds Beurs, de Nuffic Talent Scholarship, en prestigieuze Franse beurzen van de Société Générale en de Fondation Meyer.
Karlien Bartels is sinds 2012 hoofdvakdocent cello aan het ArtEZ Conservatorium in Zwolle, en wordt regelmatig uitgenodigd door de Krzysztof Penderecki Academy of Music in Krakau en het Conservatorio Superior de Musica Manuel Castillo in Sevilla om er masterclasses te geven. Zij bespeelt een cello van C.A. Miremont (Parijs, 1882), haar ter beschikking gesteld door Het Muziekinstrumentenfonds.
