In 2013 won Carlsen in Londen het kandidatentoernooi, waardoor hij de regerende wereldkampioen Viswanathan Anand mocht uitdagen (zie wereldkampioenschap schaken 2013). Hij versloeg Anand in november in het Indiase Chennai met 6½-3½ en werd zo de op een na jongste wereldkampioen ooit; alleen Kasparov was jonger. In 2014 (tegen Anand), 2016 (tegen Sergej Karjakin) en 2018 (tegen Fabiano Caruana) verdedigde hij zijn titel telkens met succes.