September 2018 gouf de Karlsson (zesumme mam Francis Perron) un d'San Jose Sharks am Austausch fir Chris Tierney, Dylan DeMelo, Josh Norris, Rūdolfs Balcers, d'Sharks éischt Ronn Pick am Joer 2020, zweet Ronn Pick am Joer 2020 gehandelt.
2019 an e bedingte zweete Ronn Pick am Joer 2021. Hien huet säin éischte Goal mat de Sharks am 18 November an enger 4 zu 0 Victoire iwwer de St. Louis Blues geschoss. No engem luesen Ufank vun der Saison gouf de Karlsson de fënnefte Verteideger an der Geschicht vun der Liga fir op d'mannst eng Assist an 14 konsekutive Spiller ze hunn no enger 7 <unk> 2 Victoire iwwer d'Edmonton Oilers den 8. Januar 2019. Den 23 Dezember gouf de Karlsson fir d'éischte Kéier a senger Karriär fir zwee Matcher suspendéiert wéinst engem illegalen Scheck op de Kapp vum Los Angeles Kings Spiller Austin Wagner. Eng Leed an der Leedung huet zu Karlsson gefouert, datt vill Matcher um Enn vun der Saison verpasst goufen, ier hien zréckkomm ass fir de leschte Match vun der Saison géint de Colorado Avalanche. Hien huet d'Saison mat 45 Punkten an 53 Spiller fäerdeg bruecht, seng niddregst Punktezuel zënter der 2012-13 Saison. De Karlsson huet San Jose gehollef d'Western Conference Finals ze erreechen wärend de Playoffs vun 2019, obwuel hien eng aner Leed an engem Spill géint de St. Louis Blues erliewt huet, wat zu engem Verloscht vum leschte Spill vu San Jose vun de Playoffs gefouert huet, wéi d'Team 5 <unk> 1 am Spill 6 verluer huet. Hien huet d'Playoffs mat 16 Punkten an 19 Matcher ofgeschloss. Am 31ten Mee huet hien eng Operatioun op der Leescht gemaach.