В 2016 году она была официально вызвана в олимпийскую сборную Канады на летние Олимпийские игры 2016 года. Несмотря на то, что её беспокоили травмы подколенного сухожилия, Оверхольт вышла в финал на дистанции 400 м комплексом и заняла пятое место. После этого выступления Эмили думала, что её выступление на Олимпиаде закончено, но её напарница по команде Бриттани Маклейн заболела, пропустив эстафету 4×200 м вольным стилем, и Оверхольт заменила её в предварительном раунде и помогла Канаде пробиться в финал, где её сборная завоевала бронзовую медаль.