En novembre 2018, il affronte Magnus Carlsen lors de la finale du championnat du monde 2018 qui se déroule à Londres du 9 au . Sur les 12 parties longues, les deux joueurs réalisent 12 parties nulles (partage du point), une première en championnat du monde. Caruana est finalement battu lors de la journée de départage, sur les parties en cadence rapide, Carlsen remportant les trois premières, et conservant donc son titre.