Podczas igrzysk olimpijskich w Rio de Janeiro wraz z Emmą McKeon, Brittany Elmslie i swoją siostrą Bronte zdobyła złoty medal w sztafecie 4 × 100 m stylem dowolnym. Australijki w eliminacjach ustanowiły nowy rekord olimpijski, a w finale rekord świata (3:30,65 min). W sztafecie 4 × 100 m stylem zmiennym wywalczyła także srebrny medal. Na dystansie 50 m stylem dowolnym była piąta z czasem 24,15. W konkurencji 100 m kraulem w eliminacjach (52,78 s) i półfinale (52,71 s) ustanawiała nowy rekord olimpijski. W finale jednak uzyskała czas 53,24 s i uplasowała się ostatecznie na szóstym miejscu. Jej rekord olimpijski z półfinału został pobity przez zwyciężczynie tego wyścigu Simone Manuel i Penny Oleksiak, które poprawiły go o 0,01 s.