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Kari Lehtonen est choisi au 2e rang par les Thrashers d'Atlanta au cours du repêchage d'entrée dans la LNH 2002.
Durant la saison 2001-2002, en tant que plus jeune gardien de but de la SM-liiga, il a remporté le trophée Jari-Kurri qui récompense le meilleur joueur des séries éliminatoires de la SM-liiga, le championnat finlandais de hockey sur glace. Ce trophée a été obtenu alors qu'il évoluait avec le Jokerit Helsinki.
La même saison et la suivante (saison 2002-2003), il remporte le trophée Urpo-Ylönen qui est décerné au meilleur gardien de but de la SM-liiga.
Au début de la saison 2006-2007 de la LNH, Kari Lehtonen obtient le record de blanchissages pour un gardien des Thrashers d'Atlanta, qui était auparavant détenu par Michael Garnett.
Le , il devient le gardien de but des Thrashers d'Atlanta à avoir remporté le plus de matchs avec 49 victoires, dépassant ainsi le précédent record détenu par Pasi Nurminen avec 48 victoires.
Le , Kari Lehtonen débute comme gardien des Thrashers pour leur première rencontre dans les séries éliminatoires de la ligue nationale de hockey.
Le , Kari Lehtonen signe un contrat d'une durée d'une année de 3 Millions de dollars avec les Thrashers d'Atlanta.
