2004 में डेब्यू करने के 15 साल बाद दिनेश कार्तिक को केदार जाधव की जगह वर्ल्ड कप में प्लेइंग इलेवन में शामिल किया गया था। कार्तिक 2007 के विश्व कप में भी टीम के सदस्य थे, लेकिन उन्हें एक भी मैच नहीं खिलाया गया। अंततः कार्तिक ने 2019 के विश्व कप में भारतीय जर्सी पहनी और एजबेस्टन में बांग्लादेश के खिलाफ केदार जाधव की जगह उन्हें प्लेइंग इलेवन में रखा गया। हाल ही में दिनेश कार्तिक ने वर्ल्ड कप सेमीफाइनल में पांचवे नंबर पर खेलने और मिडिल ऑर्डर को ज्यादा मौके नहीं मिलने के बारे में बात की।  

हर्षा भोगले के साथ क्रिकबज के एक शो में दिनेश कार्तिक ने इस बड़े टूर्नामेंट में शामिल होने के अपने अनुभवों को शेयर किया। कोलकाता नाइट राइडर्स के कप्तान को न्यूजीलैंड के खिलाफ पांचवें नंबर पर प्रमोट किया गया था। कार्तिक ने कहा, ''टूर्नामेंट के शुरू में यह तय हुआ था कि मैं नंबर 7 पर खेलूंगा, लेकिन सेमीफाइनल में मैंने पांचवे नंबर पर बल्लेबाजी की।'' उन्होंने कहा कि टूर्नामेंट में उन्हें नंबर सात पर बल्लेबाजी करनी थी और वो फिनिशर की भूमिका में थे।

दिनेश कार्तिक ने क्रिकेट के छोटे फॉर्मैट में कई अच्छी पारियां खेली हैं। डेथ ओवरों में उन्होंने शानदार परफॉर्म किया है। उन्होंने कहा, ''रोहित शर्मा, शिखर धवन, विराट कोहली, केएल राहुल जैसे टॉप ऑर्डर के बाद मुझे बहुत ज्यादा अवसर नहीं मिले।'' लेकिन कार्तिक को न्यूजीलैंड के खिलाफ सेमीफाइनल में उस समय मौका मिला, जब भारतीय बल्लेबाजी पूरी तरह ध्वस्त हो रही थी।

आईसीसी वर्ल्ड कप 2019 के भारत और न्यूजीलैंड के बीच खेले जा रहे सेमीफाइनल मैच में 3.1 ओवर में 5 रन पर टीम ने तीन विकेट खो दिए थे। तब कार्तिक ने 25 गेंदों पर 6 रन बनाए थे और 10वें ओवर में अपना विकेट गंवा दिया।  जेम्स नीशाम ने एक शानदार कैच से कार्तिक की पारी का अंत कर दिया।