Офіційний дебют Асенсіо за «Реал» відбувася в матчі Суперкубка УЄФА. Там Марко забив красивий гол здалеку в ворота Серхіо Ріко й відкрив рахунок у матчі. Став автором останнього — четвертого — голу у ворота туринського «Ювентуса» у фінальному матчі Ліги чемпіонів 2016—2017. Крім Ліги чемпіонів виграв у своєму першому сезоні в «Реалі» й національний чемпіонат. Провів за сезон 38 матчів в усіх турнірах. В наступному сезоні почав ще частіше виходити на поле у складі «королівського клубу», взявши участь у 51 грі, включаючи 32 матчі Ла-Ліги.