Framför en hemmapublik i Birmingham vann 27-åriga Yafai 118-108, 119-107 och 119-107 på domarnas poängkort.
Yafai slog ner den 31-åriga japanen i den andra omgången, men fångades flera gånger själv på väg att spela in sin 22:a oslagbara kamp.
"Jag var tvungen att boxas mig igenom. Mina händer var på ett dåligt sätt efter två ronder men jag gjorde vad jag var tvungen att vinna, "sade han.
"Jag är ett pågående arbete, jag måste lära mig att sakta ner tempot lite."
Yafai landade en spärreld av slag i den första omgången, och en slick kombination gungade Muranaka i den andra, vilket fick honom att röra ner på duken med ett knä.
Men Muranaka återhämtade sig, gick genom Yafais slag och landade med egna vänster- och högerkrokar.
Hemmaplan tog tillbaka kontrollen i de senare ronderna och, trots att dockas en punkt för ett lågt slag, Yafai sprang ut en bekväm vinnare.
Arrangören Eddie Hearn ser fram emot stora saker för sin kämpe efter "en stor prestation".
"Ett försvar till och han måste jaga de stora enandet strider," Hearn sade.
Yafais seger gjorde det till en dubbel framgång för hans familj, och den yngre brodern Gamal segrade på underkortet.
Den yngre Yafai var imponerande i en sjunde-runda stopp av den tidigare obesegrade Sean Davis - en kollega Birmingham super-bantamweight.
Den 25-årige arbetade huvudet och kroppen utmärkt, släppa sin motståndare sex gånger på väg att hävda WBC International super-bantamweight titel.
Birminghams Sam Eggington vann den europeiska welterviktstiteln med en eftertrycklig nionde-round seger över Spaniens Ceferino Rodriguez.
Storbritanniens Kal Yafai behöll sin WBA super-flyweight titel med en poäng vinna över ett spel Suguru Muranaka.