Kimmich comenzó la temporada 2016-17 ingresando como suplente en la victoria por 2-0 contra el Borussia Dortmund en la Supercopa de Alemania 2016. El 9 de septiembre, marcó su primer gol con el FC Bayern en la Bundesliga por 2-0, en la victoria a domicilio ante el FC Schalke 04. Cuatro días después, anotó sus dos primeros goles en la Champions League en la victoria en casa por 5-0 ante el FK Rostov. Kimmich anotó un gol de la victoria al final del minuto 88 en la victoria por 1-0 sobre el Hamburgo. Terminó la temporada 2016-17 con nueve goles en cuarenta apariciones.