Nordmannen vant etter 40 trekk og drøyt tre timers spill i det som var det første av to partier mellom de to sjakkstjernene i turneringen.
Carlsen åpnet seksmannsturneringen med et overraskende tap for Hikaru Nakamura, men slo kinesiske Wei Yi torsdag.
Med to seirer leder 26-åringen turneringen med seks poeng. Nakamura ligger på andreplass med fem.
– Tapet i første runde tvang meg til å spille litt skarpere, uttalte han på pressekonferansen etterpå, ifølge Chess24.
I november skal Carlsen og Karjakin spille om VM-tronen i New York.
– Jeg blir sjokkert om ikke Magnus vinner den, kommenterte stormester Jan Gustafsson på Chess24s sending.