Das Oberlandesgericht Karlsruhe ist in Strafsachen vorwiegend zweitinstanzlich als Revisions- und Beschwerdeinstanz tätig.
Auf die Berufung gegen ein amtsgerichtliches Urteil wird die Sache von den Berufungskammern der Landgerichte in rechtlicher und tatsächlicher Hinsicht überprüft. Auf die Revision erfolgt beim Oberlandesgericht nur eine Überprüfung auf Rechtsfehler; die tatsächlichen Feststellungen der Vorinstanz werden – soweit verfahrensfehlerfrei erfolgt oder nicht angegriffen – vom Revisionsgericht seiner Beurteilung als richtig zugrundegelegt. Als Grundsatz gilt: Berufung und Revision sind die Rechtsmittel gegen Urteile, Beschwerde ist das Rechtsmittel gegen Beschlüsse.
In einzelnen – in § 120 GVG genannten – Strafsachen ist das Oberlandesgericht, in dessen Bezirk die Landesregierung ihren Sitz hat, für das gesamte Gebiet des Landes als erstinstanzliches Gericht zuständig. Eine erstinstanzliche Zuständigkeit in Strafsachen hat das OLG Karlsruhe daher nicht.
In Haftsachen obliegt dem Oberlandesgericht nach sechs Monaten von Amts wegen originär eine periodische Haftprüfung (vgl. §§ 121, 122 StPO).
Ausschließlich zuständig ist das Oberlandesgericht für die Entscheidung über die Auslieferung eines Ausländers nach dem Gesetz über Internationale Rechtshilfe in Strafsachen.
In Ordnungswidrigkeitenverfahren (Bußgeldsachen) entscheidet über den Einspruch gegen einen Bußgeldbescheid der Bußgeldbehörde das Amtsgericht. Über die unter bestimmten Voraussetzungen gegen die amtsgerichtliche Entscheidung zulässige - revisionsähnliche – Rechtsbeschwerde entscheidet sodann das Oberlandesgericht (vgl. §§ 79, 80 OWiG).