Ekholm tog sitt första individuella VM-guld 2009 då hon vann jaktstarten över tio kilometer i Pyeongchang, Sydkorea. Hon bommade två skott i första liggande men tog sig samman och sköt fullt i de resterande skjutningarna. Hon gick ut från sista skjutningen 18 sekunder före Kati Wilhelm och höll det avståndet in till mål. Ekholm blev därmed den tredje svenska kvinnan att ta ett individuellt VM-guld i skidskytte efter Eva Korpela och Magdalena Forsberg. Senare under mästerskapet vann hon silver i mixstafetten och brons i masstarten. Efter en stabil och bra säsong slutade hon och Kati Wilhelm på samma poäng men Ekholm vann den totala världscupen därför att hon hade fler vinster än Wilhelm under säsongen.