Nach beständigen Leistungen bei den nachfolgenden Weltcups in Ruhpolding und Pokljuka wurde Neuner Mitte Januar 2007 von Bundestrainer Uwe Müßiggang für die Weltmeisterschaften 2007 im italienischen Antholz nominiert. Bei den Juniorenweltmeisterschaften trat sie trotz Startberechtigung wegen terminlicher Überschneidungen nicht an. Gleich die erste WM-Entscheidung war der nächste sportliche Höhepunkt ihrer jungen Karriere. Am 3. Februar gewann sie als Neuling den Weltmeistertitel im Sprint; zu diesem Zeitpunkt war dies erst ihr zweiter Weltcupsieg. Der Vorsprung auf die zweitplatzierte Schwedin Anna Carin Zidek (geb. Olofsson) betrug 2,3 Sekunden bei gleichem Schießergebnis mit zwei Fehlern. Neuner glich ihre um 14 Sekunden schlechtere Laufzeit diesmal durch schnellere Schießzeiten aus. Nur einen Tag später holte sie ebenfalls den Titel im Verfolgungsrennen. Nach einem 14. Platz im Massenstart sicherte sie sich zum Abschluss der WM zusammen mit Martina Beck, Andrea Henkel und Kati Wilhelm in der Staffel ihre dritte Goldmedaille. Sie wurde damit erfolgreichste Sportlerin dieser Weltmeisterschaften und zu diesem Zeitpunkt jüngste Dreifachweltmeisterin. Jüngste deutsche Weltmeisterin blieb Petra Behle, die 1988 in Chamonix – zwei Monate nach ihrem 19. Geburtstag – Gold im Sprint gewann.