Han var anställd vid Utrikesdepartementets arkiv 1945–87, från 1965 som dess chef (kansliråd 1965–77, därefter departementsråd). Carlgren ägnade sitt vetenskapliga arbete åt Sveriges utrikespolitik under 1900-talet. Hans internationellt mest uppmärksammade arbeten är Neutralität oder Allianz: Deutschlands Beziehungen zu Schweden in den Anfangsjahren des ersten Weltkrieges (1962) och Svensk utrikespolitik