I 2005 ble Boonen Quick Steps kaptein. Han startet sesongen med 2.-plass i «Het Volk». Senere vant han E3-prijs Harelbeke. I løpet av en uke april vant Boonen først Flandern Rundt, og to uker Paris–Roubaix, der han blant annet slo sin tidligere lagkamerat George Hincapie i spurten. Han fulgte opp i Tour de France 2005 da Boonen vant andre etappe og tredje etappe. Etter å ha båret den grønne poengtrøya i ti etapper måtte han imidlertid bryte rittet etter å ha skadet kneet i en velt på den ellevte etappen. Thor Hushovd, som lå på andreplass i poengkonkurransen, overtok dermed den grønne trøya. Boonen ble verdensmester 25. september, da han vant spurten. Han vant totalt 17 enkeltseirer det året, i tillegg til å vinne Belgia Rundt sammenlagt.