Lilla Karlsö er ei lita svensk øy i Austersjøen, om lag 3 km vest for Gotland og 4,5 km frå Stora Karlsö. Ho har eit areal på om lag 1,6 km² og er 66 meter høg. Det meste av øya består av eit kalksteinsplatå. delar av strandlinja består av bratte klipper. Øya er hovudsakleg dekt av alvar. Det er òg ein særs gammal lauvskog på øya, som er unik for Gotland. Det er fleire grotter på øya og opp til 16 meter høge kalksteinssøyler.