Svensken var en av ursprungsspelarna i den första upplagan av Vegas Golden Knights som såg dagens ljus säsongen 2017-18.
Karlsson har sedan dess gjort näst flest mål (165) och poäng (403) i klubbens historia.
Märstasonen var med och vann Stanley Cup 2023 och får nu chansen att fira fler framgångar i Nevada.
33-åringen har förlängt sitt kontrakt till 2029. Det är värt 6,75 miljoner dollar, drygt 67 miljoner kronor, per år. Totalt är avtalet värt 135 miljoner kronor.
William Karlsson var med och vann VM-guld med Tre Kronor 2017 och tog brons i fjolårets VM-turnering.