Dina 13 Séptémber 2018, Karlsson (babarengan jeung Francis Perron) ditukeurkeun ka San Jose Sharks dina tukeur Chris Tierney, Dylan DeMelo, Josh Norris, Rūdolfs Balcers, pilihan babak kahiji Sharks di 2020, pilihan babak kadua di 2019
jeung pilihan babak kadua dina taun 2021. Manéhna nyetak gawang kahijina jeung Sharks dina 18 Nopémber dina meunangna 4 ka 0 ngalawan St. Louis Blues. Sanggeus mimiti usum anu lambat, Karlsson jadi bek kalima dina sajarah liga pikeun miboga sahanteuna hiji bantuan dina 14 pertandingan berturut-turut sanggeus meunang 7 ka 2 ngalawan Edmonton Oilers dina 8 Januari 2019. Tanggal 23 Désémber, Karlsson digantung pikeun kahiji kalina dina karirna pikeun dua kaulinan pikeun cek ilegal ka sirah pamaén Los Angeles Kings Austin Wagner. Cedera selangkangan ngabalukarkeun Karlsson leungit loba kaulinan deukeut ahir usum saméméh balik pikeun kaulinan panungtungan usum ngalawan Colorado Avalanche. Manéhna bakal mungkas usum kalawan 45 titik dina 53 kaulinan, titik panghandapna na tally saprak 2012-13 usum. Karlsson mantuan San Jose ngahontal Final Konférénsi Kulon salila playoff 2019, sanajan anjeunna ngalaman tatu panggul séjénna dina hiji patandingan ngalawan St. Louis Blues, ngabalukarkeun anjeunna leungit patandingan pamungkas San Jose tina playoffs nalika tim leungit 5-1 dina Game 6. Manéhna bakal réngsé playoffs kalawan 16 poin dina 19 kaulinan. Tanggal 31 Méi, anjeunna ngalaman operasi pangkal paha.