Completa la següent frase: El 13 de setembre de 2018, Karlsson (juntament amb Francis Perron) va ser traspassat als San Jose Sharks a canvi de Chris Tierney, Dylan DeMelo, Josh Norris, Rūdolfs Balcers, la primera ronda dels Sharks el 2020, la segona ronda el 2020
2019 i una selecció condicional de segona ronda el 2021. Va marcar el seu primer gol amb els Sharks el 18 de novembre en una victòria de 4 a 0 sobre els St. Louis Blues. Després d'un lent començament de temporada, Karlsson es va convertir en el cinquè defensor de la història de la lliga en tenir almenys una assistència en 14 partits consecutius després d'una victòria de 7 a 2 sobre els Edmonton Oilers el 8 de gener de 2019. El 23 de desembre, Karlsson va ser suspendut per primera vegada en la seva carrera durant dos partits per una assegurança il·legal al cap del jugador dels Kings de Los Angeles Austin Wagner. Una lesió a la viril·la va fer que Karlsson faltés a molts partits prop del final de la temporada abans de tornar per a l'últim partit de la temporada contra el Colorado Avalanche. Va acabar la temporada amb 45 punts en 53 partits, la seva puntuació més baixa des de la temporada 2012-13. Karlsson va ajudar a San Jose a arribar a les Finals de la Conferència Oest durant els playoffs de 2019, tot i que va patir una altra lesió a l'enginy en un partit contra els St. Louis Blues, el que el va fer perdre l'últim partit de San Jose dels playoffs quan l'equip va perdre 5 a 1 en el partit 6. Va acabar els playoffs amb 16 punts en 19 partits. El 31 de maig, es va sotmetre a una cirurgia de la viril·la.