Den lankesiske författaren får det brittiska priset för sin roman "The Seven moons of Maali Almeida", som utspelar sig under inbördeskriget i Sri Lanka under tidigt 1990-tal.
Boken valdes ut för "ambitionen, omfattningen och skickligheten, djärvheten, fräckheten och munterheten i utförandet", motiverar juryordföranden Neil MacGregor, tidigare chef för British Museum, priset.
– Det är en bok som tar sin läsare på en bergochdalbanetur genom liv och död, rätt in i vad författaren beskriver som världens mörka hjärta, säger han enligt AP.
– Där finner läsaren till sin överraskning glädje, ömhet, kärlek och lojalitet, fortsätter han.
Romanen är författarens andra, efter den flerfaldigt prisbelönta debuten "Chinaman" om en cricketspelare, som utkom 2010.
Karunatilaka, född 1975, beskrivs som en av Sri Lankas mest framstående författare. Han har även skrivit pjäser, rocklåtar och reseberättelser.
Priset, som är på motsvarande drygt 600 000 kronor, delades ut under en högtidlig ceremoni av drottninggemål Camilla i London.