На Олимпийских играх 2010 года в Ванкувере первенствовала в скоростном спуске (только Джулия Манкусо из всех соперниц проиграла Вонн менее 1,4 сек) и была третьей в супергиганте (после Андреа Фишбахер и Тины Мазе). В марте 2010 года Вонн третий раз в карьере выиграла общий зачёт Кубка мира, на 155 очков опередив Марию Риш. По итогам 2010 года стала лучшей спортсменкой мира по версии Laureus World Sports Awards. В 2009 и 2010 годах признавалась лучшей спортсменкой года по версии Олимпийского комитета США (третья горнолыжница в истории, получившая эту награду, после Тамары Маккинни в 1983 году и Пикабо Стрит в 1998 году).