Muir brak op 18 februari 2017 het Europese record op de 1000 m van 2.32,16, dat sinds 2006 in handen was van de Russische Joelia Fomenko, tijdens de "Birmingham indoor Grand Prix" met een tijd van 2.31,93. Op de EK indoor in Belgrado veroverde de Schotse vervolgens goud op de 1500 m; daarbij brak ze Doina Melinte's 32-jaar oude kampioenschaprecord, waarna zij er een dag later een tweede titel op de 3000 m aan toevoegde met alweer een kampioenschapsrecord. Het waren de eerste medailles van Muir op een groot internationaal seniorentoernooi en direct tweemaal goud, een hoogtepunt in de carrière van de Schotse atlete. In de loop van het buitenseizoen wist zij haar goede vorm ditmaal goed vast te houden, zodat zij op de WK in Londen andermaal een hoofdrol kon spelen, nu op de 1500 m. De zinderende eindsprint op de laatste 200 meter voor de finish eindigde in een groep van vijf atletes, onder wie Laura Muir, die, verdeeld over drie banen, binnen een seconde van elkaar over de finishlijn stormde. Faith Chepngetich Kipyegon won in 4.02,59, gevolgd door de Amerikaanse Jennifer Simpson in 4.02,76 en de Zuid-Afrikaanse Caster Semenya, die met haar 4.02,90 Laura Muir met 0,07 seconden van het brons afhield. De Nederlandse Sifan Hassan, die de eindsprint had aangetrokken, werd vijfde in 4.03,34. Op de 5000 m speelde Muir vervolgens een wat bescheidener rol met een zesde plaats, al was haar 14.52,07 wel haar beste tijd ooit op deze afstand.