In 2017 gaf Thiam al vroeg in het seizoen blijk van haar plannen voor dat jaar. Na zich in februari bij de Belgische indoorkampioenschappen te hebben beperkt tot het hoogspringen, waarop zij met 1,90 de nationale titel veroverde, hield zij enkele weken later tijdens de EK indoor in Belgrado op de vijfkamp de voltallige concurrentie op afstand en veroverde de Belgische de gouden medaille met een PR-totaal van 4870 punten, ruim honderd punten meer dan de als tweede eindigende Oostenrijkse Ivona Dadic. Vooral haar winst bij het hoogspringen viel op. Met haar 1,96 zou zij op het individuele nummer op de tweede plaats zijn geëindigd.Aan het begin van het buitenseizoen nam zij op 27 en 28 mei 2017 vervolgens deel aan de Hypomeeting in Götzis, Oostenrijk, waar ze de zevenkamp won met een totaal van 7013 punten. Hiermee werd ze de vierde atlete die de kaap van 7000 punten overschreed en bekleedde ze toen de derde plaats op de ranglijst aller tijden. Tijdens deze meeting verbeterde ze ook het Belgische record speerwerpen. In augustus werd ze in Londen wereldkampioene met 6784 punten. Daarmee was ze eerste Belgische ooit die een wereldtitel wist te veroveren.Eind november werd Nafissatou Thiam door de IAAF uitgeroepen tot de beste atlete van het jaar. Het was voor het eerst in de geschiedenis dat een Belgische atleet of atlete die onderscheiding kreeg uitgereikt.