Olga Carmona hittade rätt med ett välriktat vänsterskott. Samma Carmona som sänkte Sverige i semifinalen med sitt sena segermål.
Nu kan hon, och hennes lagkamrater, titulera sig historiska världsmästare efter att ha slagit den regerande EM-mästaren.
England åkte på en straff i den andra halvleken när Keira Walsh tog med handen. Jennifer Hermoso klev fram men Mary Earps gissade rätt, räddade straffen och höll det engelska hoppet vid liv.
Något större tryck lyckades dock engelskorna inte skapa. Spanien kunde hålla ut och bärga en första VM-titel.
Sverige var endast ett par futtiga minuter från att ta semifinalen mot Spanien till förlängning.