Northug voitti Tour de Skillä 2010–2011 Val di Fiemmen 20 kilometrin perinteisen hiihtotavan yhteislähtökilpailun ja sijoittui kokonaiskilpailussa toiseksi. Oslon maailmanmestaruuskilpailussa Northug voitti yhdistelmäkilpailun ja 50 kilometrin vapaan hiihtotavan yhteislähtökilpailun, toi Norjan viestijoukkueen maailmanmestarina maaliin sekä sai hopeaa vapaan hiihtotavan sprintissä ja perinteisen tyylin parisprintissä. Kauden päätteeksi hän voitti maailmancupin finaalitapahtuman Falunissa. Maailmancupin kokonaispisteissä hän sijoittui toiseksi ja normaalimatkojen cupissa neljänneksi.