Sau những thành tích ấn tượng ở các giải đấu cấp khu vực và châu lục trong các năm 2013 và 2014, Ánh Viên đặt mục tiêu từng bước chinh phục đấu trường thế giới trong năm 2015 mà Cúp thế giới chính là giải đấu mà cô đặt kỳ vọng.
Trong các ngày 11 và 12/8/2015, Ánh Viên tham dự các nội dung ở Cúp thế giới diễn ra tại Moscow (Nga). Sau khi giành HCĐ nội dung 200m hỗn hợp vào ngày 11/8, Ánh Viên bước vào nội dung 400m hỗn hợp trong ngày 12/8. Dù phải đối đầu với những kình ngư hàng đầu thế giới nhưng Ánh Viên vẫn có khởi đầu tốt. Thậm chí cô còn dẫn đầu sau 100m đầu tiên. Dù sau đó bị tụt lại nhưng Ánh Viên vẫn nỗ lực để có thể về đích thứ 2 và đoạt HCB với thành tích 4 phút 40 giây 79. Kết thúc Cúp thế giới bơi ở Nga năm 2015, Ánh Viên giành được 1 HCB và 1 HCĐ, thành tích đi vào lịch sử bơi Việt Nam và đến nay vẫn chưa có VĐV trẻ nào của Việt Nam đạt được thành tích tương tự ở những sân chơi đẳng cấp thế giới./.