Hun vant Tour de Ski 2016/17. Hun lå som nummer to før siste etappe, uten å ha vunnet noen av de foregående etappene. På sisteetappen opp slalåmbakken i Val di Fiemme gikk hun forbi Stina Nilsson og vant touren sammenlagt. I VM 2017 i Lahtis tok hun gull på lagsprint sammen med Maiken Caspersen Falla, og hun gikk på det norske laget som tok gull på 4 x 5 km stafett. De andre på laget var Maiken Caspersen Falla, Astrid Uhrenholdt Jacobsen og Marit Bjørgen. Hun tok sølv på 30 km fristil, etter Marit Bjørgen. Weng vant verdenscupen sammenlagt etter å ha ledet siden desember. Hun vant også distansecupen.