Neuner je nejúspěšnější ženská biatlonistka v historii mistrovství světa v biatlonu. Vyhrála sedmnáct medailí, dvanáct zlatých, čtyři stříbrných a jednu bronzovou. Na svém debutovém světovém šampionátu v Antholzu v Itálii v roce 2007 Neuner vyhrála tři tituly (sprint, pronásledování a střídačka). O rok později na mistrovství světa 2008 v Östersundu ve Švédsku znovu získala tři zlaté medaile, vyhrála masový start, střídačku a smíšenou střídačku. Neuner nevyhrál titul na mistrovství světa v roce 2009
v Pyeongchangu v Jižní Koreji; jejím nejlepším výsledkem byla stříbrná medaile v štafetové soutěži. Svou druhou zlatou medaili ve smíšené štafetě získala v Khanty-Mansijsku v Rusku v roce 2010. Na mistrovství světa v roce 2011 získala další tři tituly (sprint, masový start, štafeta) a dvě stříbrné medaile (přehlídka a smíšená štafeta). Na svém posledním mistrovství v roce 2012 Neunerová získala své světové tituly jedenáct (sprint) a dvanáct (relay), stejně jako její čtvrté stříbro (přehánění) a její první bronzovou medaili (smíšená relay).