Karlsson patrí spoločne s obrancami Braydenom McNabbom a Sheaom Theodorom k posledným trom hráčom z pôvodného kádra Golden Knights, ktorí sú v organizácii počas celej jej existencie. Vegas si ho vybralo z Columbusu v rozširovacom drafte v roku 2017.
Hneď vo svojej prvej sezóne nastrieľal 43 gólov, čo je dodnes klubový rekord. Rytieri sa vtedy prebojovali až do finále Stanleyho pohára, v ktorom podľahli Washingtonu 1:4 na zápasy.
Švéd je v klubovej histórii druhý so 165 presnými zásahmi a 403 bodmi, pričom má v štatistike plus/mínus bilanciu +128. Darí sa mu aj v play-off, kde je jeho hodnotenie +55 najlepšie spomedzi všetkých aktívnych hráčov NHL. Pri zisku Stanleyho pohára v roku 2023 nazbieral v 22 konfrontáciách 17 bodov za 11 gólov a šesť asistencií a mal bilanciu +11.
V uplynulej sezóne ho výrazne limitovalo zranenie v dolnej časti tela. Odohral iba prvých 14 duelov základnej časti a následne vynechal zvyšných 68 stretnutí i prvé kolo play-off. Do zostavy sa vrátil pred sériou druhého kola proti Anaheimu.
V 15 stretnutiach vyraďovacej časti rozvlnil sieť trikrát a pridal šesť asistencií. Golden Knights sa prebojovali až do finále, v ktorom podľahli Caroline 2:4 na zápasy. Karlsson sa zranil v hornej časti tela v piatom finálovom stretnutí a do šiesteho už nenastúpil.
V roku 2011 ho draftoval Anaheim v 2. kole z 53. miesta. V NHL odohral za Ducks, Columbus Blue Jackets a Vegas spolu 753 duelov, v ktorých nazbieral 453 bodov za 183 gólov a 270 asistencií. Informovala agentúra AP.