В 2016 году Лиа Нил дебютировала на Олимпийских играх в Рио-де-Жанейро и сразу завоевала медаль в составе женской эстафеты на дистанции 4 по 200 метров вольным стилем. Лиа выступала на первом этапе вместе с Бронте Барратт, Эммой Маккеон и Тамсин Кук. Австралийки стали вторыми вслед за сборной США, финишировав с временем 7.44,87.