Ronaldo bỏ lỡ ba trận đấu đầu tiên của Madrid ở mùa giải 2016–17, bao gồm cả Siêu cúp châu Âu 2016 với Sevilla, khi anh phải hồi phục chấn thương đầu gối gặp phải trong trận chung kết Euro 2016 trước Pháp. Vào ngày 15 tháng 9, anh đã không ăn mừng bàn thắng từ quả phạt đền trong trận đấu với Sporting CP ở Champions League, Ronaldo sau trận đấu nói rằng "họ đã biến tôi trở thành con người như hiện tại." Vào ngày 7 tháng 11, hợp đồng của anh được gia hạn thêm ba năm đến năm 2021. Vào ngày 19 tháng 11, anh lập một cú hat-trick trong chiến thắng 3–0 trước Atlético, giúp anh trở thành cầu thủ ghi nhiều bàn thắng nhất mọi thời đại trong trận derby Madrid với 18 bàn. Vào ngày 15 tháng 12, Ronaldo ghi bàn thắng thứ 500 trong sự nghiệp cho câu lạc bộ tại trận thắng 2–0 trước Club América ở bán kết FIFA Club World Cup 2016. Sau đó, anh lập một cú hat-trick trong chiến thắng 4–2 trước câu lạc bộ Nhật Bản Kashima Antlers tại trận chung kết. Ronaldo kết thúc giải đấu khi là vua phá lưới với bốn bàn thắng và cũng được vinh danh là cầu thủ xuất sắc nhất giải. Anh giành Quả bóng vàng 2016, lần thứ tư trong sự nghiệp và còn nhận được giải Cầu thủ nam xuất sắc nhất năm 2016 của FIFA, một sự hồi sinh của Cầu thủ xuất sắc nhất năm của FIFA kiểu cũ, nhờ vào thành công của anh khi cùng Bồ Đào Nha lên ngôi vô địch Euro 2016.