Inoue melhorou para 30-0 com a sua 27.ª vitória na distância, quando o árbitro Thomas Taylor interrompeu o combate aos 45 segundos do oitavo assalto, após uma vaga de murros poderosos do campeão, com Cardenas a conseguir apenas encobrir-se.
"Ao ver o combate, toda a gente sabe que eu gosto de lutar", disse Inoue.
Inoue foi derrubado apenas pela segunda vez na sua carreira, por um gancho de esquerda do outsider no segundo assalto, mas o campeão ajustou-se e prosseguiu o ataque a partir daí.
"Fiquei muito surpreendido, mas consegui recompor-me com calma", disse Inoue através de um tradutor.
"Na primeira ronda, pensei que tinha uma distância bastante boa, mas na segunda ronda a coisa ficou um pouco solta. A partir daí, certifiquei-me de que não voltaria a dar aquele murro", acrescentou.
A estrela japonesa de 32 anos, apelidada de "O Monstro", defendeu pela quarta vez o seu título mundial indiscutível na categoria de 122 libras (55,3 kg).
A luta marcou o seu regresso a Las Vegas pela primeira vez em quatro anos, com Inoue a lutar fora do Japão pela primeira vez desde 2021.
Inoue estava a sair de um KO no quarto round do sul-coreano Kim Ye-joon, em Tóquio, em janeiro.
Inoue não foi levado à distância máxima de 12 rounds numa luta desde a vitória por decisão unânime de 2019 sobre o filipino Nonito Donaire, tendo vencido 11 lutas desde então.
"Não é tão fácil"
Cardenas, 29, caiu para 26-2, mas fez um esforço na sua primeira luta pelo título mundial.
"Em termos de probabilidades, ele estava muito longe, mas eu sabia que ele era duro", disse Inoue.
"O boxe não é assim tão fácil", assumiu.
Cardenas derrubou Inoue nos últimos segundos do segundo, com a estrela japonesa a cair de costas e rapidamente ajoelhando-se e levantando-se pouco antes do final do round.
Inoue atacou com o jab no terceiro assalto, mas Cardenas defendeu bem e voltou a ameaçar com a esquerda, derrubando o campeão para trás e seguindo com uma direita sólida.
No quarto assalto, os dois lutadores trocaram murros poderosos e punitivos, com Inoue a encostar o desafiante a um canto e a lançar uma furiosa barragem, mas Cardenas escapou e respondeu num braço de ferro frente a frente, com o público a vibrar.
No quinto assalto, Inoue atacou com a mão esquerda, mas levou um murro no corpo que o fez recuar.
Uma esquerda de Inoue no corpo magoou Cardenas a meio do sexto assalto e o campeão desferiu uma série de murros violentos enquanto o americano se protegia e aguentava um assalto em que Inoue deu 33 murros poderosos.
Uma direita dura de Inoue picou, e uma esquerda sólida no corpo dobrou Cardenas no sétimo assalto.
Uma série de quatro direitas na cabeça de Inoue fez com que Cardenas cambaleasse para as cordas do canto, ficando agachado num knockdown para Inoue antes de soar a campainha para terminar o assalto.
Depois de uma poderosa mão direita de Inoue no início do oitavo assalto, Cardenas ficou cambaleante e encostado às cordas, levando o árbitro Taylor a meter-se entre os lutadores e a interromper o combate.
Inoue já estava a ser observado pelos rivais mesmo antes do início do combate.
"Sei que um combate contra Naoya Inoue me catapultaria para o estrelato", disse o invicto mexicano Rafael Espinoza, que melhorou para 27-0 com a eliminação do americano Edward Vazquez, no sétimo assalto, para defender o seu título de peso pluma da Organização Mundial de Boxe.