Im &lt;a href="Biathlon-Weltcup%202020/21"&gt;Winter 2020/21&lt;/a&gt; zählte Ponsiluoma zu den schnellsten Athleten im Weltcup: Seine Laufzeiten lagen über die gesamte Saison gesehen vier Prozent unter dem Schnitt des Feldes. Bereits im Dezember 2020 erreichte er neben einem dritten Staffel-Weltcupsieg zwei Podestresultate in Einzelrennen, darunter einen zweiten Rang beim Massenstart in Hochfilzen mit 1,3 Sekunden Rückstand auf den Sieger Arnd Peiffer. Bei den Weltmeisterschaften 2021 auf der Pokljuka blieb er am 12. Februar im Sprintrennen ohne Schießfehler und lief mit gut elf Sekunden Vorsprung auf Simon Desthieux zur Goldmedaille. Ponsiluomas erster WM-Erfolg bedeutete zugleich seinen ersten Weltcupsieg und den ersten Weltmeistertitel für einen schwedischen Biathleten in einem Einzelrennen seit Adolf Wiklunds Erfolg bei der ersten WM 1958. Zudem holte er auf der Pokljuka mit der schwedischen Männerstaffel die Silbermedaille hinter dem norwegischen Quartett und mit der Mixed-Staffel Bronze. Er beendete die Saison an zehnter Stelle im Gesamtweltcup.