Det var det sjätte olympiska guldet och 10:e medaljen totalt för 33-åringen.
Hon avslutade på en timme 11 minuter och 5,2 sekunder för att leda hem en norsk ren sopning med Therese Johaug i silver, 2,6 sekunder tillbaka och Kristin Stoermer Steira vinnande brons.
"Det är otroligt. Jag trodde att det skulle bli svårt men jag har mått bra, sa hon.
"Jag visste att jag är starkare i sprintarna, så jag väntade på att de skulle attackera den sista klättringen.
Bjoergens guld såg henne matcha de sex gulden som vanns av den ryske längdåkaren Lyubov Egorova, som också vann tre silver under sin karriär, och den tidigare sovjetiska fartskridskoåkaren Lidia Skoblikova.
Hon matchar också de 10 medaljer som vunnits av andra längdskidåkare Stefania Belmondo av Italien och Raisa Smetanina av Sovjet Uniion och United laget, men de har vunnit färre guld.
Bjoergen, som vann tre guld i Vancouver, drog sig undan från Johaug på väg in i stadion och sprintade klart för att följa upp sina vinster i den 15 km skiathlon och laget sprint klassiker tidigare i programmet.
Det var det första rena svepet i den olympiska längdskidåkningen sedan Vegard Ulvang ledde Björn Daehlie och Terje Langli för en norsk svepning i herrklassikern 30 km 1992.
Norsk längdskidåkare Marit Bjoergen vann kvinnornas 30 km massa börjar bli den mest dekorerade kvinnliga vinterolympian.