Karlovarský tunel se nachází mezi zdejšími dolním a horním nádražími a byl postaven do průřezu trati pro dvě koleje. Vjezdový portál (P1) se nachází v km poloze 1,0875 a výjezdový portál (P2) v km poloze 1,1689 a délka tunelu je 81,4 metru. Má přiděleno ev. číslo 66. Od zahájení provozu v roce 1899 až dodnes jím prochází pouze jedna kolej. V době stavby tunelu bylo plánováno vést jím také druhou kolej, která měla přímo spojovat karlovarské centrální nádraží se železniční stanicí Dalovice na Buštěhradské dráze. Proto byly postaveny dva otvory pod Ostrovským silničním mostem přes Ohři a plánovalo se a stavebně připravilo i dvoukolejné přemostění říčky Teplá, patrné dodnes. Karlovarský tunel byl postaven ve výběžku skály nad řekou Ohře. Směrově je situován do pravotočivého oblouku, výškově mírně stoupá směrem k severu. Zhruba uprostřed kamenem vyzděné tunelové trouby se uvnitř na obou stranách nachází jeden záchranný výklenek. Vyzdívka tunelu je převážně suchá s občasným průsakem malého množství vody z nadloží. Na Karlovarském tunelu nejsou patrny žádné významné stavební závady. Oba portálové věnce jsou původní.