Udfyld følgende sætning: Den 13. september 2018 blev Karlsson (sammen med Francis Perron) byttet til San Jose Sharks til gengæld for Chris Tierney, Dylan DeMelo, Josh Norris, Rūdolfs Balcers, Sharks' første runde valg i 2020, andet runde valg i
2019 og et betinget andet runde valg i 2021. Han scorede sit første mål med Sharks den 18. november i en 4-0 sejr over St. Louis Blues. Efter en langsom start på sæsonen, blev Karlsson den femte forsvarsspiller i ligaens historie til at have mindst en assist i 14 på hinanden følgende kampe efter en 7 til 2 sejr over Edmonton Oilers den 8. januar 2019. Den 23. december blev Karlsson suspenderet for første gang i sin karriere i to kampe for en ulovlig check til hovedet på Los Angeles Kings-spilleren Austin Wagner. En lyskeskade resulterede i, at Karlsson savnede mange kampe nær slutningen af sæsonen, før han vendte tilbage til sæsonens sidste kamp mod Colorado Avalanche. Han ville afslutte sæsonen med 45 point i 53 kampe, hans laveste point tal siden 2012-13 sæsonen. Karlsson hjalp San Jose med at nå til Western Conference Finals i løbet af slutspillet i 2019, selvom han fik en anden lyskeskade i en kamp mod St. Louis Blues, hvilket resulterede i, at han savnede San Jose's sidste kamp i slutspillet, da holdet tabte 5-1 i kamp 6. Han sluttede slutspillet med 16 point i 19 kampe. Den 31. maj blev han opereret i lysken.