Twee jaar later nam Hummels met Duitsland ook deel aan het WK 2014 in Brazilië. De Duitsers werden groepswinnaar in de poule van Portugal, Ghana en de Verenigde Staten. In de met 4–0 gewonnen groepswedstrijd tegen Portugal zorgde Hummels met een kopbal voor de tweede Duitse treffer. De achtste finale tegen Algerije miste Hummels wegens griep. In de kwartfinale tegen Frankrijk stond hij opnieuw in de basis. Hummels zorgde na twaalf minuten met een kopbal voor de enige treffer van de wedstrijd. Na afloop werd hij verkozen tot man van de wedstrijd. In de halve finale werd gastland Brazilië vernederd met 1–7. Hummels werd uit voorzorg tijdens de rust, en bij een 5–0 voorsprong, vervangen door Per Mertesacker. In de finale stond de centrale verdediger opnieuw in de basis. Duitsland won na verlengingen met 1–0 van Argentinië en werd voor de vierde keer wereldkampioen. Hummels speelde de volledige finale. Hij was een van de tien genomineerde spelers voor de Gouden bal voor beste speler van het toernooi.