Sturm vann ett delat beslut efter en storslagen kamp med två domare som gynnade Sturm med 116-112 och den andra såg det 115-113 för Macklin.
Sturm skarpare arbete i andra halvan av tävlingen svängde kampen hans väg.
Macklin gjorde en flammande start som gav honom äkta hopp om en upprörd innan bleknar sent.
Sturm är obesegrad på fem år och gjorde sin 10: e försvar i sin andra regeringstid som WBA medelviktsmästare, på sin egen show i sin hemstad.
Men om oddsen var staplade mot Macklin, som själv inte hade smakat nederlag sedan 2006, han ryckte av dem i en explosiv start där han slungade krokar till Sturms kropp och gjorde mästare täcka upp.
Långt från att blåsa sig själv ut, Macklin verkade växa sig starkare när de tidiga rundorna fortskred med Sturm förlitar sig på enstaka, exakta skott för att stöta bort sin motståndares kontinuerliga framsteg.
Men Sturm fick äntligen grepp om kampen när den gick djupare in i den andra halvan och fick kontroll bakom en stel jabb som knappast hade varit bevis i inledningsskedet.
Sturm njöt av en stor 10: e omgång när en kraschande uppercut följt av en höger kors hade Macklin tillfälligt i trubbel, men irländaren fortsatte att kämpa tillbaka i jakten på sin dröm.
Sturm fångade ögat igen i den sista, avslutade tävlingen med ett rasande angrepp som lämnade Macklin nästan ute på fötterna. Även om båda männen gjorde anspråk på seger i slutet, gick domen med Sturm.
Macklin insisterade: " Jag borde vara mästare. Jag tror att jag var en bättre kämpe, men det är inte Felix fel, han var inte en domare. "
Men Sturm sade: " Det var inte ett felaktigt beslut, men det var nära.
"Det var inte min mest enastående prestation, men jag har haft några tydliga skott och Matt arbetade hårt. Jag anser att beslutet var helt korrekt.
"Vi kommer definitivt att ha en andra kamp, vi har redan kommit överens om det."
Samtidigt höll Kell Brook sin världstitel ambitioner på rätt kurs med en bekväm poäng seger över Lovemore N'Dou i sin hemstad Sheffield.
Brook har nu 24 segrar och inga nederlag, även om han inte kunde förlänga en körning av åtta segrar inom avståndet mot den listiga veteranen.
Tysklands Felix Sturm kantade en tuff tävling mot Birmingham-baserade irländare Matthew Macklin i deras WBA medelviktsmatch i Köln.