Deux ans plus tard, Femke Heemskerk fait ses débuts en senior à l'occasion des championnats du monde de 2005, à Montréal. Elle n'y nage qu'en relais, en séries du 4 × 100 m nage libre et du 4 × 200 m nage libre ; aucun de ces relais n'atteint la finale. En 2006, elle participe aux championnats d'Europe grand bassin et petit bassin, mais, individuellement, ne passe pas les séries.