Дебют Магдалены Нойнер в Кубке мира состоялся 13 января 2006 года, где она, выступая в качестве резервистки, заменила временно выбывшую из строя Уши Дизль. Первая гонка, спринт в немецком Рупольдинге, оказалась для неё неудачной — 41-ое итоговое место без зачётных очков в общем зачёте Кубка мира. Но несколько недель спустя, 16 марта 2006 года, в финском Контиолахти Магдалена сумела финишировать четвёртой.

Первая победа в рамках Кубка мира была одержана Нойнер уже в следующем году. 5 января 2007 года Магдалене не было равных в спринте на 7,5 км. Чуть позднее пришли и первые победы на чемпионате мира — в Антерсельве Нойнер показала выдающиеся результаты, одержав индивидуальные победы в спринте и гонке преследования, а в составе эстафетной команды взяв третье для себя «золото». Таким образом, Нойнер стала самой молодой трёхкратной чемпионкой мира по биатлону в истории. Как результат, в начале 2007 года в Германии Магдалена Нойнер была признана лучшей спортсменкой в зимних видах спорта по итогам сезона и вошла в признанную лучшей спортивную команду (женская немецкая биатлонная команда). В конце 2007 года немецкие спортивные журналисты выбрали её лучшей спортсменкой года в Германии.

Следующий сезон принёс Магдалене ещё три высших награды чемпионата мира (в Эстерсунде ей не было равных в гонке с общего старта, а немецким эстафетным командам — в эстафете и миксте), победу в общем зачёте Кубка мира и два Малых хрустальных глобуса (в спринтерских гонках и гонках с общего старта).

Сезон 2008/2009 стал для Нойнер не таким успешным, как предыдущие. Несмотря на то, что Магдалена по итогам сезона завоевала очередной для себя Малый хрустальный глобус (на сей раз — в индивидуальных гонках), ей не удалось завоевать ни одной личной награды на пхёнчханском чемпионате мира, равно как и добиться значимых успехов в Кубке мира — по итогам сезона Лена осталось за чертой призёров общего зачёта.

Олимпийский сезон 2009/2010 на настоящий момент, несомненно, стал для Магдалены самым удачным годом в спортивной карьере. Дебютная для неё Олимпиада, проходившая в феврале 2010 года в Ванкувере, принесла Нойнер сразу три награды и титул двукратной олимпийской чемпионки — на трассах Олимпийского парка Уистлера Нойнер не было равных в гонке преследования и гонке с общего старта, спринтерская же гонка принесла ей серебряную олимпийскую медаль.

Помимо этого, Магдалена, как и в 2008 году, одержала победу в общем зачёте Кубка мира, став двукратной обладательницей Большого хрустального глобуса, а также добавила в свою коллекцию наград и два Малых хрустальных глобуса — на сей раз в зачёте гонок преследования и гонок с общего старта. Завершением триумфального для Нойнер сезона стала победа в смешанной эстафете на чемпионате мира, сделавшая Магдалену семикратной чемпионкой мира.

По результатам Кубка мира по биатлону 2008/2009 (включая чемпионат мира в южнокорейском Пхёнчхане) Магдалена Нойнер заняла 4 место в общем зачёте, набрав 891 очко. Отставание от обладательницы Большого хрустального глобуса Хелены Юнссон и занявшей второе место с тем же количеством очков (952) Кати Вильхельм (Юнссон стала обладательницей Кубка мира по результатам сравнения дополнительных показателей) составило 61 очко, а от занявшей третье место Туры Бергер — 3 очка. Кроме того, по итогам сезона Нойнер стала обладательницей Малого Кубка мира в зачёте индивидуальных гонок.

По результатам Кубка мира по биатлону 2009/2010 набрав 933 очка оформила вторую для себя итоговую победу в общем зачёте Кубка мира. Кроме этого Нойнер, в составе сборной команды Германии, стала победительницей в смешанной эстафете, проходившей на данном этапе в рамках чемпионата мира.

Первый же этап нового сезона 2011/2012, уже по традиции проводящийся в шведском Эстерсунде, вопреки тенденции прошлых лет принёс Магдалене не только двадцать пятую личную победу в карьере (опередив на 0,2 секунды норвежку Туру Бергер, Нойнер выиграла спринтерскую гонку) но и лидерство в общем зачёте Кубка мира — в трёх гонках, проведённых в рамках стартового этапа Магдалене удалось трижды взойти на подиум, завоевав «бронзу» в индивидуальной гонке и гонке преследования.

6 декабря 2011 года Магдалена Нойнер заявила, что покинет большой спорт по окончанию нынешнего сезона, ее последним этапом будет мартовский чемпионат мира в Рупольдинге.