O ano de 2016 viu o ápice da carreira de Centrowitz. Em março, ele tornou-se campeão mundial "indoor" ao vencer a prova no Campeonato Mundial de Pista Coberta de Portland, nos Estados Unidos e em agosto, na Rio 2016, ganhou a medalha de ouro nos 1500 m derrotando os campeões olímpicos de Pequim e Londres, Kiprop, o favorito, e Taoufik Makhloufi, da Argélia. Uma corrida extremamente lenta e tática, com um ritmo quase de treino de longa distância até a disparada dos corredores na última volta, deu a Centrowitz o tempo de 3:50:00 cravados, o mais lento desde Los Angeles 1932. Com a medalha de ouro, ele se tornou o primeiro americano a vencer esta prova em Olimpíadas desde Melvin Sheppard em Londres 1908, mais de um século antes.