Karlsøyfjorden er en fjordarm av Romsdalsfjorden i Molde kommune i Romsdal. Fjorden har innløp mellom Kvalen på Sekken i sør og Fårøya i nord og strekker seg 12 kilometer mot øst til Røvik. Fjorden ligger på nordsiden av øya Sekken og sør for øyene som skiller fjorden fra Moldefjorden og Fannefjorden i nord.