В 2016 году «Реал Мадрид» вышел в финал Лиги чемпионов, где встретился с мадридским «Атлетико». Рамос снова забил в финале, выведя «Реал» вперед в первом тайме. На тот момент он был всего лишь пятым игроком, забившим в двух разных финалах Лиги чемпионов после Рауля, Самуэля Это’о, Лионеля Месси и Криштиану Роналду. После того как «Атлетико» сравнял счет во втором тайме, он забил пенальти в серии пенальти, в результате которой «Реал Мадрид» выиграл со счетом 5:3; таким образом, он поднял свой первый трофей Лиги чемпионов в качестве капитана. По словам журналиста Майкла Кокса, он также заметно «изменил баланс игры в пользу «Реал Мадрида», поставив подножку Яннику Карраско и остановив контратаку три на три в оставшееся 30 секунд до конца матча время при счете 1:1. После игры УЕФА назвал его лучшим игроком матча. Выиграв финал, «Реал Мадрид» получил право сыграть с победителем &lt;a href="%D0%9B%D0%B8%D0%B3%D0%B0%20%D0%95%D0%B2%D1%80%D0%BE%D0%BF%D1%8B%20%D0%A3%D0%95%D0%A4%D0%90%202015/2016"&gt;Лиги Европы УЕФА 2015/16&lt;/a&gt; годов «Севильей» в Суперкубке УЕФА 2016 года. Рамос закончил сезон 2015/16 годов с тремя голами в 33 матчах, что стало его самым низким показателем и самым малым количеством матчей, проведенных им в «Реале» до этого момента из-за продолжающихся травм.