Tại Tuần lễ thời trang New York 2008, Karlie Kloss tham gia tổng cộng 31 show diễn và nổi danh trên các sàn diễn thời trang quốc tế bắt đầu từ đó. Tên tuổi của chân dài người Mỹ phủ sóng khắp các kinh đô thời trang lớn, từ New York, London, cho đến Milan, Paris. Cô thường xuyên tham gia show thời trang và xuất hiện trong các quảng cáo của Calvin Klein, Karl Lagerfeld, Marc Jacobs, Zac Posen, Givenchy, Gucci, Valentino, Louis Vuitton, Versace, Elie Saab, Donna Karan, Nina Ricci, Chloe, Lacoste, Alexander McQueen, Yves Saint Laurent, Dolce & Gabbana, Gap, Dior, Hermes, Oscar de la Renta, ...
Karlie Kloss được nhà thiết kế của Dior là John Galliano đặc biệt yêu thích, cô liên tục tham gia và là người mở đầu show diễn cho các show của Dior, John Galliano và tham gia vào tuần lễ thời trang Haute Couture, xuất hiện liên tục trong các bộ sưu tập resort của Dior.
Trong tuần lễ thời trang Xuân Hè 2011 cô là người mở đầu cho 10 show diễn và là người kết thúc show cho 8 nhãn hiệu, điều này đã đưa cô đến vị trí thứ nhất trong top 10 first face, trong tuần lễ thời trang thu đông 2010 - 2011 cô đứng xếp thứ 4 trong top 10 first face do Fashion TV bình chọn, chỉ sau Freja Beha, Abbey Lee và Monika "Jac" Jagaciak. Năm 2011, cô xếp vị trí thứ 4 trong bảng xếp hạng 50 người mẫu do trang web Models.com bình chọn. Tháng 9/2012, cô tiếp tục tiến lên vị trí thứ 2 trong bảng xếp hạng nói trên, Karlie xuất hiện trong top 30 người mẫu do Vogue Paris bình chọn. Không chỉ được nhiều nhãn hiệu thời trang danh tiếng thế giới săn đón, Karlie Kloss còn liên tục được mời chụp ảnh và trả lời phỏng vấn trên các trang tạp chí Vogue, W, Elle của Mỹ, Úc, Ý, Pháp, Anh, Hàn Quốc, Đức, Trung Quốc, Thổ Nhĩ Kỳ, Bồ Đào Nha, Vogue Teen và tạp chí Vogue. Năm 2012 được coi là một năm bùng nổ của Karlie Kloss khi hình ảnh của cô tràn ngập trên các trang bìa tạp chí như Vogue (phiên bản Anh, Úc, Nhật Bản, Trung Quốc), Harper's Bazaar Nga, Numero, W… Tại tuần lễ thời trang cao cấp Paris hồi tháng 7, Karlie Kloss gây ấn tượng mạnh khi trở thành người mẫu chính ở show của hai ông lớn Jean-Paul Gaultier và Elie Saab. Bên cạnh đó, cô cũng là gương mặt đắt giá cho các chiến dịch quảng cáo, trong đó có Mango, Victoria’s Secret. Năm 2013 này, Karlie Kloss còn trở thành gương mặt đại diện cho chiến dịch thời trang xuân 2013 của Donna Karan. Mới đây, Thiên thần Victoria's Secret tiếp tục khẳng định sức nóng của mình bằng bộ ảnh mới quảng cáo cho bộ sưu tập nội y của thương hiệu lừng danh này: