Kamilisha sentensi ifuatayo: Mnamo Septemba 13, 2018, Karlsson (pamoja na Francis Perron) alibadilishwa kwa San Jose Sharks badala ya Chris Tierney, Dylan DeMelo, Josh Norris, Rūdolfs Balcers, uchaguzi wa raundi ya kwanza ya Sharks mnamo 2020, uchaguzi wa raundi ya pili mnamo
2019 na uchaguzi wa duru ya pili kwa masharti mnamo 2021. Alifunga bao lake la kwanza na Sharks mnamo 18 Novemba katika ushindi wa 4 kwa 0 dhidi ya St. Louis Blues. Baada ya kuanza polepole msimu, Karlsson akawa mlinzi wa tano katika historia ya ligi kuwa na angalau msaada mmoja katika michezo 14 mfululizo kufuatia ushindi wa 7 kwa 2 dhidi ya Edmonton Oilers mnamo 8 Januari 2019. Mnamo Desemba 23, Karlsson alisimamishwa kwa mara ya kwanza katika kazi yake kwa michezo miwili kwa kuangalia kinyume cha sheria kwa kichwa cha mchezaji wa Los Angeles Kings Austin Wagner. A majeraha groin kusababisha Karlsson kukosa mechi nyingi karibu na mwisho wa msimu kabla ya kurudi kwa ajili ya mchezo wa mwisho wa msimu dhidi ya Colorado Avalanche. Alimaliza msimu huo na alama 45 katika michezo 53, alama yake ya chini kabisa tangu msimu wa 2012-13. Karlsson alisaidia San Jose kufikia fainali ya mkutano wa Magharibi wakati wa michezo ya 2019, ingawa alipata jeraha lingine la matako katika mchezo dhidi ya St. Louis Blues, na kumfanya apoteze mchezo wa mwisho wa San Jose wa michezo ya kucheza wakati timu ilipoteza 5 kwa 1 katika mchezo wa 6. Alimaliza fainali za playoffs akiwa na alama 16 katika michezo 19. Mnamo Mei 31, alifanyiwa upasuaji wa kiuno.