Brignone besiegte die Olympiasiegerin im Riesenslalom, die Schwedin Sara Hector, um 0,57 Sekunden.
Alice Robinson aus Neuseeland landete neun Zehntelsekunden hinter der Siegerin auf dem dritten Platz.
„Im zweiten Lauf war es nicht einfach, aber die Steigung war unglaublich“, sagte Brignone, der seinen 14. Karrieresieg im Riesenslalom errang.
„Ich wollte es unbedingt, ich bin so glücklich. Es war ein hartes Rennen, aber ich fühlte mich wirklich gut, ich wollte kämpfen und war nicht zu gestresst.“
Seit Karen Putzers Triumph im Jahr 2002 hatte keine Italienerin das Rennen in der Nähe der österreichischen Hauptstadt Wien gewonnen. Das Semmering-Rennen findet alle zwei Jahre statt.
Mit 34 Jahren und 5 Monaten verbesserte Brignone ihren Rekord als älteste Weltcupsiegerin der Frauen.
Brignone meisterte eine schwierige Passage gegen Ende eines Kurses, in dem der italienische Trainer Giorgio Pavoni in der ersten Runde die Tore erzielte.
„Es war gut, rhythmisch und mit vielen Wendungen“, sagte Brignone, Olympia-Vizemeisterin 2022 und Weltmeisterin in der Disziplin 2011.
Titelverteidigerin Lara Gut-Behrami, Zweite nach dem ersten Lauf, wurde im zweiten Lauf verlangsamt, als sie sich in der Mitte des Laufs mit dem linken Arm ein Tor verfing. Der Schweizer fiel auf den neunten Platz zurück.
Brignone hat vier der letzten fünf Riesenslaloms gewonnen.
Sie erreichte in dieser Saison die Spitze der Disziplinenwertung und überholte Hector.
Kanada war außerdem durch Cassidy Gray (20.) und Britt Richardson (23.) vertreten.
