A 2016-os sakkvilágbajnokság döntőjében kihívója az orosz Szergej Karjakin volt. A mérkőzésre 2016. novemberben New Yorkban került sor. A klasszikus időbeosztású 12 játszma 6–6 arányú döntetlennel ért véget. A rájátszás négy rapidjátszmából álló szakaszában Carlsen a két utolsó játszmát megnyerve 3–1 arányban győzött, ezzel ismét megvédte világbajnoki címét.