Championne du monde de la poursuite àOslo en 2016 où elle totalise cinq podiums, elle remporte lors des Mondiaux suivants àHochfilzen cinq médailles d'or (relais mixte, relais féminin, individuel15 km, poursuite,mass start) et une médaille d'argent (sprint) sur les six courses au programme. Dans l'histoire des championnats du monde, elle est la première biathlète à obtenir cinq médailles d'or sur une édition. Elle succède ensuite, côté allemand, àMagdalena Neuner en s'assurant définitivement à23 ans la victoire au classement général de laCoupe du monde 2016-2017, à l'issue de sa dixième victoire de la saison, dans la poursuite deKontiolahti le.
Elle est sacrée championne olympique du sprint et de la poursuite àPyeongchang en 2018, première biathlète à réaliser ce doublé dans les mêmes Jeux. Elle annonce sa décision de prendre sa retraite sportive à l'âge de25 ans, le, avec un palmarès de trois médailles olympiques dont deux en or, quinze podiums aux championnats du monde dont sept titres, vingt-deux victoires et cinquante podiums individuels en Coupe du monde, un gros et deux petits globes de cristal.
Reconvertie enguide de haute montagne, Laura Dahlmeier meurt accidentellement le lors d'un exercice d'alpinisme au Pakistan.
Au cours de l'hiver 2013, Laura Dahlmeier fait sensation auxChampionnats du monde junior d'Obertilliach en remportant trois titres sur l'individuel, le sprint et le relais, et une médaille d'argent sur la poursuite. Ces résultats lui valent d'être sélectionnée de dernière minute en équipe d'Allemagne en février 2013 pour les Championnats du monde deNove Mesto, où elle est alignée sur le relais, sa première épreuve au plus haut niveau. Elle est la seule du relais allemand, qui finira5e, à réaliser le sans faute (sans pioche) au tir. Elle dispute sa première course individuelle deCoupe du monde lors de l'étape suivante àOslo-Holmenkollen en, obtenant la septième place sur le sprint. Elle signe sa première victoire en relais àSotchi une semaine plus tard et clôt la saison 2012-2013 àKhanty-Mansiïsk, avec deux nouveauxtop 10 sur la poursuite et le départ en masse.
En 2014, elle participe auxJeux olympiques de Sotchi, où elle se classe notamment treizième de l'individuel. Le, la saison suivante, elle monte sur son premier podium individuel en Coupe du monde après une troisième place sur le sprint àAntholz. Lors de l'étape suivante àNové Město, elle signe sa première victoire individuelle en Coupe du monde en s'imposant sur le sprint. Aux Championnats du monde 2015 disputés à la fin de l'hiver à Kontiolahti, elle décroche la médaille d'argent sur la poursuite. Elle remporte ensuite la mass-start finale de la Coupe du monde à Khanty-Mansiïsk pour finir la saison en beauté.
Laura Dahlmeier avec ses médailles des Championnats du monde de biathlon à Oslo en 2016.
Au cours de la saison deCoupe du monde 2015-2016, Laura Dahlmeier gagne à cinq reprises dont quatre fois en poursuite. AuxChampionnats du monde de biathlon 2016 à Oslo-Holmenkollen elle remporte son premier titre mondial individuel (la poursuite) et est médaillée sur les trois autres épreuves individuelles ainsi qu'en relais.
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 lesChampionnats 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 avecVanessa Hinz,Arnd Peiffer etSimon Schempp, puis elle prend la deuxième place du sprint 7,5 km derrièreGabriela Koukalová, avant de s'imposer dans la poursuite 10 km, dans l'individuel 15 km, et en relais en compagnie deVanessa Hinz,Maren Hammerschmidt etFranziska 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 »[3],[4]. Laura Dahlmeier remporte ensuite au début du mois de mars les deux courses individuelles pré-olympiques disputées dans lestade de biathlon d'Alpensia, un an avant lesJeux olympiques de Pyeongchang, sans manquer une balle (10/10 sur le sprint et 20/20 sur la poursuite, qu'elle gagne notamment avec plus d'une minute d'avance)[5]. Elle se rapproche ainsi de son premier gros globe de cristal, forte de 112 points d'avance sur sa principale rivale,Gabriela Koukalová[6]. Deuxième du sprint deKontiolahti le, elle gagne la poursuite le lendemain, son dixième succès de la saison, et s'assure ainsi la victoire finale au classement général de la Coupe du monde, pour la première fois, à 23 ans[7].
Dahlmeier déclare forfait pour la première étape de laCoupe du monde 2017-2018 àÖstersund. Elle peine par la suite à retrouver son niveau de la saison passée mais parvient à s'imposer cependant sur deux sprints, auGrand-Bornand en décembre et àAntholz-Anterselva en janvier, peu avant de mettre le cap sur la Chine. AuxJeux olympiques de Pyeongchang, elle connaît la consécration à 24 ans, les 10 et, en remportant deux médailles d'or, sur le sprint et la poursuite. Elle complète sa moisson olympique par une médaille de bronze, sur l'individuel. Avec l'équipe d'Allemagne, elle manque toutefois le podium en relais et en relais mixte. Elle termine la saison à la4e place du classement général de la Coupe du monde, cédant son gros globe àKaisa Makarainen.
Laura Dahlmeier connaît divers problèmes physiques durant la période de préparation pour laCoupe du monde de biathlon 2018-2019, au point d'interrompre son entraînement en octobre. En conséquence, son encadrement annonce son forfait pour le premiertrimestre de la Coupe du monde, soit les trois étapes de décembre (Pokljuka,Hochfilzen etNove Mesto)[8]. Elle fait cependant son retour à la compétition plus tôt qu'annoncé en disputant le sprint de Nove Mesto le : elle s'y classe2e avec une faute au tir, à quatre secondes deMarte Olsbu qui a réalisé le sans-faute et remporté la première victoire de sa carrière[9]. Laura Dahlmeier remporte sa seule victoire de l'hiver et sa première mass-start depuis son titre mondial 2017 dans la spécialité, àAntholz le[10]. Cette victoire est la vingt-deuxième et dernière de sa carrière en Coupe du monde. Elle décroche ensuite deux nouvelles médailles de bronze sur le sprint et la poursuite lors deschampionnats du monde 2019 à Östersund pour porter son total à quinze médailles aux Mondiaux, dont sept titres.
Laura Dahlmeier annonce officiellement sa retraite sportive le à seulement 25 ans[11].« Je ne ressens plus à 100 % la passion indispensable dans le sport professionnel. Pour cette raison, et après avoir longuement réfléchi, j'ai décidé de mettre fin à ma carrière de biathlète. », écrit-elle sur les réseaux sociaux[12].
Durant l'été 2025, elle se trouve dans le massif duKarakoram au Pakistan. Le, elle réussit l'ascension de lagrande tour de Trango[17]. Le, elle est victime d'un éboulement de pierres alors qu’elle gravissait lepic Laila[18],[19]. En raison des mauvaises conditions météorologiques et du risque d’éboulements rocheux, aucun sauvetage ne peut être entrepris sur zone ni par hélicoptère ni par l'équipe de secouristes réunie à cet effet[20]. La sportive avait exprimé par écrit sa volonté que personne ne mette sa vie en danger pour la sauver en situation extrême, volonté que ses parents demandent de respecter. Une équipe de six secouristes peut finalement se mettre en route vers l'endroit de l'accident le, date de l'annonce de sa mort, en début d’après-midi, heure allemande[21]. Son corps n'est pas retrouvé[22].
↑l'Union internationale de biathlon, inclut dans les statistiques de coupe du monde, les médailles obtenues aux Jeux olympiques et aux Championnats du monde.