Serena Williams partecipa solamente a sette tornei durante la stagione. Inizia raggiungendo la finale agli Australian Open, persa contro Angelique Kerber. Torna in campo per i tornei di Indian Wells e Miami, dove raggiunge la finale sconfitta da Azarenka e il quarto turno, sconfitta da Svetlana Kuznetsova. Salta il torneo di Madrid e si presenta agli Internazionali BNL d'Italia, dove sconfigge la connazionale Madison Keys in finale, conquistando il primo titolo della stagione. Raggiunge la seconda finale consecutiva in uno Slam al Roland Garros e viene nuovamente sconfitta nell'atto finale da Garbiñe Muguruza. Si rifà a Wimbledon, dove riesce a conquistare il suo 22° slam eguagliando il record di Steffi Graf. A causa di un infortunio salta il torneo di Montréal e si presenta alle Olimpiadi di Rio dove viene a sorpresa sconfitta al terzo turno da Elina Svitolina. Accetta quindi una wildcard per il torneo di Cincinnati dove difendeva il titolo e lo scettro di numero uno del mondo, ma è costretta a ritirarsi a causa di un infortunio alla schiena. Si presenta agli US Open non del tutto in forma per difendere la vetta del ranking, ma viene fermata come l'anno precedente in semifinale, questa volta da Pliskova, perdendo così la prima posizione del ranking. Il 17 ottobre annuncia il suo ritiro dal torneo a causa dell'infortunio che ne ha condizionato la stagione costringendola a saltare anche tutti i tornei asiatici.