Den næststørste by på øen Samos er Karlovasi (Karlovassi) i den nordlige del af øen. Karlovasi er en havneby, men havnen i Samos med færgekajen til store passagerskibe og den kommercielle havn i Malagari har overhalet denne havn. Det er nu den næstvigtigste havn på øen. Det officielle, men ikke almindelige navn for byen er Neo Karlovasi. Siden 1986 har det naturvidenskabelige fakultet ved University of the Aegean været placeret i Karlovasi. Sammen med Profitis Ilias-klosteret i den sydøstlige del af byen og tre små landsbyer (Sourides, Potami og Sakkouleika) udgør det lokalsamfundet Karlovasia. Byen Karlovasi ligger cirka 32 kilometer fra Samos by.
Det meste af byområdet ligger på en slette, der strækker sig til kysten. Generelt er byens struktur lidt uoverskuelig, men det har også at gøre med stedets historie. Navnet Karlovassi (Karlovasi) siges at komme fra de tyrkiske ord "karli avasi", som betyder "snedækket slette". Tyrkerne gav byen dette navn, fordi den på det tidspunkt var dækket af træer, og hver gang det sneede, og sneen lagde sig på toppen af træerne, gav det sletten dette udseende. Turismen i denne by er stadig i sin vorden, selvom der er nogle gode hoteller i byen. Der er også en sandstrand nær havnen, der skråner let ned i havet. Selvom der er relativt lidt at se, er området omkring Karlovassi meget attraktivt.
Kystbyen Potami ligger godt 3 kilometer vest for byens centrum, de to landsbyer Sourides og Sakouleika ligger cirka 5 kilometer inde i landet, tæt på vejen Vathy - Karlovassi, som blandt andet forbinder begge byer. Hovedforbindelsen mellem Samos by og Karlovassi er nationalvej 62. Kernen i Karlovassi består af i alt 5 områder: Ormos, Neo, Mesaio, Limani (havn - Limani Karlovasiou) og Palaio. Fra 1958 dannede de sammen kommunen Karlovassi. Bydelen Ormos var byens økonomiske centrum med huse og villaer i den typiske nygræske byggetradition og mange farver.
Her udviklede øens industri og især garveriet sig. På et tidspunkt blev 1/5 af den samlede græske læderproduktion produceret her. I Mesaio Karlovasi kan du stadig se St. Nicholas Church og mange andre neoklassiske bygninger. Neo Karlovasi er nu centrum af byen. Her ligger matematikafdelingen ved Det Ægæiske Universitet i handelsskolebygningen. Den samme bygning husede tidligere Porfyriasskolen og Xatzigianni-pigeskolen. I dag ligger den offentlige skole og biblioteket ved Det Ægæiske Universitet der. Ifølge den seneste folketælling fra 2011 har Karlovassi mere end 6.869 indbyggere
Historie
De første bosættere af Karlovassi kom fra øen Chios, nord for Samos, i begyndelsen af det 17. århundrede. Disse var efterkommere af samerne, der forlod øen Samos i 1475 og søgte beskyttelse mod pirater og plyndringer på Chios. De slog sig ned i Palaio Karlovasi på den lille bakke Alonaki på ruinerne af en gammel bosættelse. Herefter fulgte bosættere fra Peloponnes, øen Kreta, naboøen Ikaria, Kykladerne (især øen Naxos) og andre områder i Grækenland. De slog sig ned i 1700-tallet i Neochori, som de grundlagde, senere Neo Karlovasi, som nu er byens forretningscenter.
Paléo Karlóvasi er den ældste del af byen, godt gemt bag bakkerne og ikke synlig fra havet. Også andre landsbyer blev bygget efter dette mønster; frygten for piratangreb var allestedsnærværende. I 1871 blev havnen bygget og senere kystbyen Ormos med fabrikkerne. Efter den tabte græsk-tyrkiske krig i 1923 måtte Karlovasi også tage imod mange flygtninge fra Lilleasien (det moderne Tyrkiet); disse bosatte sig hovedsageligt i Ormos, nær fabrikkerne.
Den tidligere ærkebiskop af Samos, Iōsēph Geōrgarinēs, rapporterer i sit forfatterskab fra 1677 om området og byen Karlovasi, som han beskrev som den største by på øen Samos.
Han fortsætter:
..."Højere på bjerget, overfor landsbyen Leka, ligger Elias-munkenes kloster (han betyder profeten Elias' kloster). Der bor mænd af alle verdslige erhverv... Ti miles herfra, i mod Megalocampos (han betyder Marathokambos), Carlovasy, den største by på øen, ligger ved siden af Megale Chore (Chora), et stykke fra havet overfor Sio og slottet Siatsky (?) på det asiatiske sidekontinent (lille) - Asien). Stedet har ikke færre end 500 huse og 5 kirker. Indbyggerne er de rigeste på denne ø, hovedsageligt på grund af deres søforbindelser med Sio, Smyrna (Izmir), Chios (ø) og andre steder. Deres vigtigste handel er dyrkning og salg af løg og muscatvin, men deres havn er så udsat for nordenvinden, at det er usikkert for nogle skibe.
Kunst har altid spillet en vigtig rolle i denne by. Der plejede at være mange keramikværksteder her, og den første avis på øen Samos blev udgivet her i Karlovassi. I dag er der kun få små værksteder tilbage, der beskæftiger sig med keramik, stukarbejde og vævning. Karlovassi er også hjemsted for Lykourgos Logothetis, oprøreren fra 1821 og guvernør på Samos, som gik på Porfyriada-skolen her i Karlovassi, samt den kendte sanger fra den græske revolution, Cleantis.
Kører man op ad en lille skrænt fra havnens vestside, vil man efter et par minutter se en struktur, der ligner et monument på kystsiden. Det er den, der er dedikeret til Saint Nicholas, sømændenes beskytter og samtidig symbolet på Karlovasi. To kilometer længere ender kystvejen ved Potami Beach. Der er mange små taverner i dette område, og stranden er ikke kun populær blandt turister. Cirka halvvejs ad denne rute er der en frakørsel til venstre mod stranden.
Genuas fæstning
Den adelige Laskarid-familie – en familie fra Genova (Italien) – slog sig ned på Samos i første halvdel af det 13. århundrede. Det er ikke historisk sikkert, hvorfor fortet blev bygget på dette sted. Det menes, at der engang har været en byzantinsk base her, som beskyttede en lille bebyggelse i dette område. Ifølge professor Argyris Petronotis blev nogle bygningselementer i kirken først bygget i anden halvdel af det 13. eller første halvdel af det 14. århundrede.