Raphaël Varane rejoue en club après l'Euro 2016 et change une nouvelle fois de numéro, la troisième fois depuis son arrivée au club, pour prendre le numéro 5, ancien numéro de son entraîneur, Zinedine Zidane. Il gagne en août la Supercoupe d'Europe. Lors de cette saison, Varane gagne une place de titulaire au détriment du Portugais Pepe. Réussissant une bonne première moitié de saison, le défenseur est ensuite confronté à des rechutes physiques. Il remporte toutefois la Ligue des champions en tant que titulaire contre la Juventus, le .