Hermana menor del piloto de Fórmula 1 Stirling Moss, hija de Alfred Moss, se casó en 1963 con el también piloto de rally sueco Erik Carlsson, dos veces ganador del Rally de Montecarlo y tres del Rally RAC. Competían regularmente entre ellos dos.

Ganó la Copa Femenina del Campeonato Europeo de Rally en cinco ocasiones (1958, 1960, 1962, 1964 y 1965) y la Copa de las Damas del Rally de Montecarlo en ocho ocasiones. Consiguió la primera victoria internacional del Mini Cooper en un rally en el Tulpenrallye de 1962. Su carrera abarcó más de dos décadas, compitiendo como piloto oficial para todos los equipos principales, (MG, Austin, Saab, Ford, Lancia y Alpine-Renault), hasta principios de la década de 1970. El nacimiento de su hija Susie la distrajo bastante de los rallies, y continuó participando ocasionalmente en algunos.

Se interesó inicialmente por los caballos y el salto de obstáculos, convirtiéndose en miembro del equipo británico de saltos de obstáculos. Debutó en rallies en 1954 en eventos de clubes automovilísticos locales, conduciendo un Triumph TR2. En 1958 ganó su primer título de la Copa Femenina del Campeonato Europeo de Rally, copilotada por Ann Wisdom, consiguiendo dos cuartos puestos absolutos en el Rally RAC y en el Maratón de la Ruta, también conocido como Rally Lieja-Roma-Lieja, con un Morris Minor preparado por el mecánico de su hermano Stirling, Alf Francis. Dos años más tarde, ella y Wisdom lograron su primera victoria internacional, la primera mujer en la historia del rally, en el Rally Lieja- Roma-Lieja, con un Austin-Healey 3000 Mk1.

Los éxitos continuaron al volante del mismo coche en 1961, con dos segundos puestos en el Rally Alpino y en el Rally RAC, durante el cual detuvo el coche para prestarle un neumático al sueco Carlsson, quien finalmente ganó el rally. Al año siguiente, compró un Saab 96 y terminó tercera en el Safari de África Oriental, en su primera participación en esa difícil prueba, de nuevo haciendo dupla con Wisdom. Más tarde, junto a Wisdom, obtuvo otra asombrosa victoria en el Tulpenrallye de los Países Bajos, al volante del recién presentado Mini Cooper. Cuando su pareja habitual, Wisdom, se retiró del deporte y se casó con Peter Riley, fue reemplazada por Pauline Mayman. Con Mayman ganaron el Rally de Alemania AvD/ADAC con un Mini Cooper, y quedaron segundos en el Rally de Polonia, terceros en la Copa de los Alpes y, de nuevo, terceros en el Rally RAC, compartiendo el Austin-Healey 3000 Mk1 de seis cilindros.

En marzo de 1963, se casó con Erik Carlsson. La pareja se estableció en Inglaterra, en el pueblo de Eaton Bray, Bedfordshire, y tuvieron una hija, Susie, que no participó en rallies, pero siguió los pasos de su madre, aficionada a los caballos y al salto de obstáculos. Junto a su marido, fueron coautores del clásico "El arte y la técnica de la conducción", publicado en 1965. Ella se unió al equipo Ford y terminó sexta en el Rally Acrópolis con un Ford Cortina GT. Hacia el final de la temporada, Ford intentó fichar a Carlsson para 1964, pero este decidió quedarse en Saab y su esposa dejó Ford para unirse a él. Durante sus cuatro años con la marca sueca, rara vez se quedaba fuera de los rallies, al volante del Saab 96 850GT de dos tiempos. En 1964, terminó quinta con su copiloto Ursula Wirth en el Rally de Montecarlo, segunda en el Rally dei Fiori en San Remo y tercera en la Acrópolis con Valerie Domleo, quien posteriormente se casó con su compañero piloto de Austin-Healey, Don Morley.

Con la copiloto Lyz Nyström, esposa de Ove Andersson. Terminaron cuartas en el Rally Lieja-Sofía-Lieja y en el Rally RAC. En 1965, el Saab quedó tercero en el difícil Rally de Montecarlo, que se vio empañado por una ventisca en Chambéry. quedó solo por detrás del Mini Cooper S de Timo Mäkinen-Paul Easter y del Porsche 904 especial de fábrica de Eugen Böhringer-Rolf Wütherich, ambos coches más potentes que su Saab. Cuando se presentó el nuevo Saab 96 V4, Pat terminó novena en el Rally RAC de 1966 y tercera en el Rally de la República Checa de 1967.

A finales de 1967, su marido Erik decidió dejar las carreras y, tras su jubilación, continuó trabajando en Saab. Ella se pasó a Lancia Corse, donde pilotó un Lancia Fulvia HF de 1,3 litros en 1968. En el Rally de Montecarlo terminó 14.ª, y en el posterior Rally de San Remo acabó segunda en la general, por detrás del Porsche 911T de Pauli Toivonen-Martti Tiukkanen. En 1968, ganó rotundamente el Rally del Sestriere, pilotando el primero de cinco Lancia Fulvia HF consecutivos, por delante de sus compañeros de equipo Harry Källström-Gunnar Häggbom en segundo lugar, Sergio Barbasio- Alessandro Merlano en tercer lugar, Ove Andersson-John Davenport en cuarto lugar y Arnaldo Cavallari-Dante Salvay en quinto lugar. Más adelante en la temporada, Pat Moss-Carlsson terminó octavo en el Rally Acrópolis y séptimo en el Tour de Córcega, debutando en el Campeonato Mundial de Autos Deportivos con un excelente cuarto puesto en su categoría y un 19.º puesto en la general en la Targa Florio, compartiendo un prototipo Lancia Fulvia Sport Zagato HF 1400 cm3 con Rosadele Facetti. Ella y Nystrom también participaron en el Safari de África Oriental conduciendo un Renault 16 privado, donde lamentablemente chocaron contra un muro de piedra construido en la carretera por unos ugandeses descontentos. De regreso a Lancia Córcega, en 1969 obtuvo un sexto puesto en la general del Rally de Montecarlo con un Lancia Fulvia HF.

Tras el nacimiento de su hija, regresó a las carreras en 1972, ganando su octava Copa de Damas en el Rally de Montecarlo. Terminó décima en la general con un Alpine Renault A110 oficial, con Elizabeth Crellin como copiloto. Un año después, en Montecarlo, Pat volvió a pilotar el Alpine Renault, pero un problema con la caja de cambios durante el rally la obligó a retirarse. Posiblemente, esta fue su última participación en rallyes.