1885 entstand in Karlshagen eine Seebrücke. Heute befindet sich hier einer der wichtigsten Yachthafen Usedoms. Karlshagen lag von 1939 bis 1945 im Sperrgebiet der Heeresversuchsanstalt Peenemünde. In Karlshagen befand sich auch die Wohnsiedlung für die Führungskräfte und Wissenschaftler der Heeresversuchsanstalt Peenemünde. Obwohl diese 1943/1944 zum größten Teil bei Luftangriffen zerstört wurde, sind immer noch Teile erhalten. Eine Mahn- und Gedenkstätte für Kriegsgefangene, welche für den Bau der V1- und V2-Raketen im nahen Peenemünde eingesetzt wurden, befindet sich unweit des Ortsausgangsschildes in Richtung Trassenheide. Zu DDR-Zeiten war das Gebiet nördlich von Karlshagen inklusive des Dorfs Peenemünde Sperrgebiet.