Jej pierwszymi seniorskimi mistrzostwami świata były odbywające się w 1991 r. mistrzostwa świata w Val di Fiemme. Wystartowała tam tylko w biegu na 5 km techniką klasyczną, w którym zajęła 15 miejsce. Na mistrzostwach świata w Falun w 1993 r. jej najlepszym wynikiem było 5 miejsce w biegu łączonym na 15 km. Jej trzecie mistrzostwa świata z rzędu, odbywające się w Thunder Bay również nie przyniosły medalu, najlepszym indywidualnym wynikiem Neumannovej było 7 miejsce w biegu na 15 km technika klasyczną. Podczas mistrzostw w Trondheim w 1997 r. wywalczyła swój pierwszy medal na mistrzostwach świata zajmując trzecie miejsce w biegu na 15 km technika dowolną. Także z mistrzostw świata w Ramsau przywiozła brązowy medal, tym razem wywalczony w biegu na 5 km stylem klasycznym. Dwa lata później, podczas mistrzostw świata w Lahti wystartowała tylko w biegu na 15 km techniką klasyczną, w którym zajęła 9 miejsce. 2 lipca 2003 r. Kateřina Neumannová urodziła córkę Lucie. W związku z ciążą nie wystartowała na mistrzostwach świata w Val di Fiemme w 2003 r. oraz nie brała udziału w zawodach Pucharu Świata. W swoim pierwszym starcie na mistrzostwach świata po powrocie do biegania została mistrzynią świata w biegu na 10 km stylem dowolnym podczas mistrzostw w Oberstdorfie w 2005 r. Na swoich ostatnich mistrzostwach odbywających się Sapporo Neumannová wywalczyła srebrny medal w biegu łącznym na 15 km, przegrywając tylko z Olgą Zawiałową z Rosji. Ostatnim medalem w karierze Neumannovej był złoty medal w biegu na 10 km techniką dowolną zdobyty także na mistrzostwach w Sapporo.