Ai Giochi olimpici di Rio 2016 Schooling si impose nei 100 metri farfalla con il tempo di 50"39, precedendo Michael Phelps, Chad le Clos e László Cseh, arrivati secondi a pari merito col tempo di 51"14. Con questa vittoria, Schooling conquistò il primo oro olimpico nella storia di Singapore e la prima medaglia olimpica nel nuoto nella storia della Nazione. Con questa prestazione Schooling batté anche il record olimpico di 50"58 nei 100 metri farfalla, stabilito proprio da Phelps a .