Nel 2015 arrivò la prima storica partecipazione al campionato mondiale. Dopo aver concluso al secondo posto il proprio girone di qualificazione, i Paesi Bassi vennero ammessi ai play-off che avrebbero assegnato un posto per la partecipazione al campionato mondiale 2015: le olandesi superarono prima la e poi l', qualificandosi alla fase finale del torneo per la prima volta. Al mondiale canadese i Paesi Bassi vennero sorteggiati nel girone A assieme alle padrone di casa del , alla e alla . La partita d'esordio contro le neozelandesi vide le olandesi prevalere per 1-0 grazie alla rete realizzata da Lieke Martens. Dopo aver perso contro la Cina per 1-0, i Paesi Bassi pareggiarono a pochi minuti dalla fine della partita col Canada, concludendo il girone al terzo posto, e venendo ammessi alla fase a eliminazione diretta come seconda migliore terza. Negli ottavi di finale i Paesi Bassi vennero eliminati dalle campionesse in carica del per 2-1, concludendo così la loro avventura al campionato mondiale.