Silveröverraskningen Tyskland ledde både med 1–0 och 2–1, men kunde inte fullborda den skrälldag som Lettland inledde med att vinna bronsmatchen över USA.
Kanada tryckte på gaspedalen och gjorde fyra raka mål, tre av dem i slutperioden.
Forwarden Samuel Blais, St Louis, blev stor matchvinnare och tvåmålsskytt.
– Det var många som inte trodde på oss när de såg vår laguppställning, men vi kom ihop som lag och nu är vi mästare, säger Milan Lucic, Stanley Cup-mästare med Boston 2011, till SVT.
Historiskt guld
Tyskland, OS-finalist 2018, spelade sin andra VM-final i historien och den första på 93 år. Dessutom hade laget säkrat den första VM-medaljen på 70 år efter bronset som Västtyskland 1953.
Kanada tog sitt 28:e VM-guld och har ett mer än Ryssland/Sovjet. Nationerna stod på 27 guld vardera inför turneringen.
Tyskland fick en smakstart och Buffalo-forwarden John-Jason Peterka sköt 1–0 efter 7.44. Kanada utmanade målet för offside, men lyckades inte och åkte då på en utvisning.
Den kunde dock inte tyskarna utnyttja och i stället kvitterade Kanada genom Blais.
"Utnyttjade våra misstag"
I andra perioden var Tyskland bättre till en början, men när Kanada skruvade upp tempot och såg ut att ta det förväntade greppet slog Daniel Fischbuch till och gav Tyskland ledningen på nytt.
Moritz Seider, Detroits backklippa och tidigare i Rögle, noterades för sin andra assistpoäng i matchen på målet.
Men sedan tog det stopp för Tyskland.
– Jag är lite frustrerad, jag tyckte inte Kanada var bättre, men de utnyttjade våra misstag. Det är något vi kommer att lära av. Jag är hundraprocentigt säker på att det inte är sista gången vi är i VM-final, säger Seider till SVT.
Lawson Cruise styrde in 2–2 innan andra perioden var över och i tredje avgjorde Kanada.
Samuel Blais lyfte in 3–2 med en backhand i början av tredje perioden – hans andra mål i matchen, fjärde i slutspelet och sjätte mål totalt i VM.
Forwarden blev Kanadas specielle matchvinnare.
"Lönnlövens" 4–2 genom lagkaptenen Tyler Toffoli skulle dock aldrig ha godkänts då kanadensarna var för många spelare på isen.
Tyskland plockade målvakten med drygt tre minuter kvar, men då gjorde Scott Laughton 5–2.