Разом зі збірною Бразилією брала участь у чемпіонаті світу з футболу 2007 року, бразильська збірна пройшла груповий етап, вигравши усі три матчі, Марта відзначилася 4-ма голами. У чвертьфіналі Бразилія здобула перемогу над Австралією з рахунком 3:2, а Марта відзначилася голом з пенальті. У півфіналі відзначилася двічі, а Бразилія виграла з рахунком 4:0 обіграла проти Сполучені Штати. У фіналі турніру бразилійки з рахунком 0:2 поступилися Німеччині. Марта в середині другого тайму не реалізувала пенальті, який би зрівняв рахунок у матчі. Вона завершила чемпіонат світу 2007 року володаркою «Золотого м'яча» як найкраща гравчиня чемпіонату та «Золотої бутси» як найкраща бомбардирка турніру зі сімома забитими м'ячами.