Lors de l'hiver 2016-2017, elle est toujours placée en position de finisseuse du relais féminin allemand qui remporte trois victoires consécutives, et est présente sur les podiums dans toutes les disciplines du biathlon. Elle aborde ainsi les Championnats du monde de Hochfilzen 2017 avec le dossard de leader du classement général de la Coupe du monde. Lors de ces Mondiaux, Laura Dahlmeier commence par remporter l'or du relais mixte 2 x 6 + 2 x 7,5 km avec Vanessa Hinz, Arnd Peiffer et Simon Schempp, puis elle prend la deuxième place du sprint 7,5 km derrière Gabriela Koukalová, avant de s'imposer dans la poursuite 10 km, dans l'individuel 15 km, et en relais féminin en compagnie de Vanessa Hinz, Maren Hammerschmidt et Franziska Hildebrand. Elle gagne enfin la Mass start le avec un 20 sur 20 au tir, concluant ses Mondiaux sur une cinquième médaille d'or, ce qu'aucune biathlète n'avait réalisé avant elle et qui est alors qualifié d'« exceptionnel ».