Durante el Mundial de 2011 logró ganar cinco medallas en seis pruebas. Ganó oro en velocidad y en salida en grupo y plata en persecución y en el relevo mixto. En la última carrera del campeonato, el relevo femenino, Neuner fue designada para cerrar por el equipo alemán. A pesar de empezar su posta 67,5 segundos detrás del equipo de Ucrania, Neuner cerró de manera espectacular y logró la victoria para su equipo. Este fue el décimo título mundial para Neuner, lo cual la convirtió en la más exitosa biatleta en la historia de los campeonatos del mundo, pasando a la rusa Yelena Golovina.