In oktober 2016 maakte het Scuderia Toro Rosso-team bekend dat Kvjat een verlenging van zijn contract van een jaar had gekregen. Hij kende een moeilijk seizoen, waarbij hij enkel tijdens de Grands Prix in Australië en Spanje punten scoorde met twee negende plaatsen. Voorafgaand aan de Grand Prix van Maleisië maakte Toro Rosso bekend dat Kvjat tijdens de "komende Grands Prix" wordt vervangen door Red Bull Junior Team-lid Pierre Gasly. Vanaf de Grand Prix van de Verenigde Staten keerde hij terug bij het team om Carlos Sainz jr. te vervangen, die op zijn beurt vertrok naar het team Renault om Jolyon Palmer te vervangen. Deze comeback was echter van korte duur, aangezien hij voor de daaropvolgende Grand Prix in Mexico weer werd vervangen door Brendon Hartley. Op 25 oktober werd bekendgemaakt dat Kvjat definitief bij Toro Rosso ontslagen was.