Il 21 agosto partecipa ai Giochi Olimpici di Rio de Janeiro nella prova di mountain bike, dopo aver rinunciato a quella su strada: partito cinquantesimo e ultimo del gruppo, Sagan recupera rapidamente posizioni fino a portarsi tra i primi tre, con lo svizzero Nino Schurter e l'italiano Marco Aurelio Fontana; due forature lo costringono tuttavia a perdere progressivamente terreno e a un trentacinquesimo posto finale, a un giro di distanza dal vincitore Schurter.