Воспитанник многократного чемпиона Армении – «Пюника». С 2007 года выступал за основной состав команды. С того же года начал привлекаться в молодежную сборную Армении, за которую в 2008 году забил свой первый гол. В чемпионате Армении 2008 года провел за клуб все 28 игр, а также принял участие в «золотом» матче против ереванского «Арарата», в котором «Пюник» завоевал золотые медали.

С 2008 года вызывается в национальную сборную. Первый матч за нее провел 2 февраля против сборной Мальты.

Еще играя в Армении, Мкртчян рассказывал о своих предпочтениях:

«Играть в более высококлассной команде – моя цель. Однако для этого я должен играть лучше и хорошо тренироваться. Уровень европейских клубов значительно выше. Люблю «Челси», потому что это команда играет очень организованно и соблюдает строжайшую дисциплину».

1 апреля 2011 года Мкртчяна заявил донецкий «Металлург», контракт был подписан на три года.

29 августа 2013 года Карлен перешел в «Анжи».

Сезон-2014/2015 провел в армянском «Пюнике» и в казахстанском «Тоболе».

В июне 2015 года вернулся в «Анжи».

Игрок не скрывал своих впечатлений о Премьер-Лиге:

«Это очень сильный турнир. И вообще, переход в «Анжи» считаю для себя шагом вперед».

…И о Дагестане:

 «Очень понравилось. Настолько, что я перевез семью в Дагестан, а клуб помогает снимать жилье в Махачкале. Так и живем с женой и маленьким сыном. Море, побережье, рестораны – мне действительно очень комфортно. С людьми быстро нахожу общий язык. Кстати, познакомился с некоторыми армянами, постоянно проживающими в Дагестане, правда, выбраться к ним в гости пока не хватало времени».