Britonen slutade mer än två minuter före Polens Anna Harkowska i Nottwil i Schweiz.
Storey kan vinna en 17: e titel när hon rider i lördagens road race.
"Det är en enorm lättnad att vinna", sade 37-åringen, som siktar ytterligare Paralympisk framgång vid nästa års spel i Rio de Janeiro.
Storey är Storbritanniens mest dekorerade kvinnliga Paralympian med 22 medaljer.
Hon har vunnit 11 guld, åtta silver och tre bronsmedaljer i både cykling och simning över sex Paralympics.
Hon vann fyra guld på 2012 Games i London och har nu vunnit 21 världstitlar i båda sporterna.
Storey började sin idrottskarriär i poolen och vann sex medaljer på 1992 års Paralympics innan hon bytte till cykling 2005.
Dame Sarah Storey hävdade den 16: e världstiteln i sin cykelkarriär med guld i tid rättegång på Para-cykling Road World Championships.