Carolyn Sampson ist auf Opern- und Konzertbühnen in ihrer britischen Heimat sowie im übrigen Europa und den USA gleichermaßen erfolgreich. An der English National Opera gab sie die Titelpartie in Händels «Semele» und die Pamina in Mozarts «Die Zauberflöte». An der Glyndebourne Festival Opera sang sie unter anderem in Purcells «The Fairy Queen». 2012 war sie die Anne Truelove in «The Rake’s Progress» in einer Neuproduktion der Scottish Opera. Weiters war sie an der Opéra de Paris, der Opéra de Lille, der Opéra de Montpellier und der Opéra National du Rhin zu erleben. Sie interpretierte ebenfalls die Titelrolle in Lullys «Psyché» beim Boston Early Music Festival, die Aufnahme wurde 2008 für einen Grammy nominiert.

Ihre regelmäßigen Engagements umfassen Auftritte bei den BBC Proms mit Orchestern wie dem Orchestra of the Age of Enlightenment, The English Concert, der Britten Sinfonia und The Sixteen. Sie ist häufiger Gast des Hallé Orchestra Manchester, beim Royal Liverpool Philharmonic Orchestra und beim City of Birmingham Symphony Orchestra. Ihre Projekte umfassen weiters Konzerte mit dem Bergen Philharmonic, dem Königlichen Concertgebouworchester, dem Freiburger Barockorchester, dem Symphonieorchester des Bayerischen Rundfunks, dem Gürzenich-Orchester Köln, dem Rotterdam Philharmonic, dem Gewandhausorchester Leipzig sowie dem Mozarteumorchester Salzburg. Einige ihrer zahlreichen Aufnahmen wurden ausgezeichnet, darunter geistliche Musik von Mozart und Strawinskis «Les Noces».

In den USA trat Carolyn Sampson mit der San Francisco Symphony, dem Boston Symphony Orchestra, dem Detroit Symphony Orchestra und dem St Paul Chamber Orchestra auf, sie ist weiters regelmäßig beim Mostly Mozart Festival zu Gast. 2013 gab sie ihr Debüt an der New Yorker Carnegie Hall mit einem Liederabend. In der Saison 14-15 ist Carolyn Sympson Artist in Residence an der Wigmore Hall.