Na zvyšování mezinárodního profilu univerzity a její otevřenosti se významně podílí oblast mezinárodní spolupráce, v jejímž rámci univerzita usiluje o dosažení vysokých standardů ve společných mezinárodních vědeckých projektech, působí v řadě prestižních mezinárodních organizacích a univerzitních sítích a aktivně podporuje mezinárodní mobilitu studentů a akademických pracovníků.

Velkou roli v procesu internacionalizace hrají mezinárodní výměnné programy zajišťující mobilitu studentů a akademických pracovníků. Ti mohou využívat např. programy Evropské unie, mezi nimiž je nejvýznamnější výměnný program Erasmus+. Jeho využívanost má stále rostoucí tendenci, a to jak u vysílaných, tak i přijímaných studentů. Evropská komise řadí Univerzitu Karlovu na přední místo v Evropě, pokud jde o počty vyslaných a přijatých studentů, a u akademických pracovníků dokonce na místo nejpřednější.

Další nárůst mobilit se očekává s ohledem na rozšíření nabídky programu o studentské praktické stáže a mobilitu zaměstnanců. Také další programy Evropské unie nabývají na stále větším významu. Mezi nimi např. program Erasmus-Mundus, jenž umožňuje studentům Univerzity Karlovy studovat na zahraničních univerzitách ve společných magisterských nebo doktorských studijních programech (joint degrees). Velký důraz je kladen na rozvoj meziuniverzitní spolupráce, jenž se uskutečňuje na základě sítě bilaterálních dohod.