A 28-year-old atacante assinou um contrato de dois anos com os Blues, que ganhou o título Super Liga Feminina e da FA Cup Feminina duplo na temporada passada.
"A equipe se estabeleceram como o clube de topo no país e eu estou animado com a perspectiva de ajudar a construir sobre isso", ela disse ao site do Chelsea.
"É o ponto certo na minha carreira para começar um novo desafio."
Carney ganhou 110 internacionalizações e foi membro do lado Inglaterra, que terminou em terceiro lugar na Copa do Mundo no início deste ano.
Ela já havia jogado sob treinador do Chelsea, Emma Hayes no Arsenal Ladies e Chicago Red Stars.
"Karen era um alvo importante e um verdadeiro adição de classe mundial para a seleção", disse Hayes.
"Ela é uma estudante do jogo e traz adicional de liderança para a nossa equipa.
"Eu vejo Karen elogiando o talento que já possuímos na terceira final. Todos os nossos jogadores de ataque irá beneficiar enormemente de sua visão e de passagem."
