Il réalise sa meilleure saison en 2016, où il obtient des bons résultats de février à septembre. Deuxième du Tour de l'Algarve, il est ensuite cinquième de Paris-Nice et lauréat du Grand Prix Miguel Indurain. En progrès sur les courses par étapes World Tour, il monte sur le podium des Tours de Romandie () et de Suisse (), remportant une étape chronométrée sur chaque course. Peu avant le Tour de France, il est sacré champion d'Espagne du contre-la-montre pour la première fois. Fin juillet, après avoir joué son rôle d'équipier sur le Tour de France, il remporte la  en solitaire. Avec Alejandro Valverde, Joaquim Rodríguez, Imanol Erviti et Jonathan Castroviejo, il fait partie de la sélection espagnole pour la course en ligne des Jeux olympiques. Izagirre et Castroviejo sont également retenus pour le contre-la-montre. Il abandonne la course en ligne et se classe finalement huitième du contre-la-montre. Régulier, il prend également la huitième place du Grand Prix cycliste de Montréal et de l'Eneco Tour. Au mois de septembre, il annonce ne pas renouveler son contrat avec l'équipe Movistar, pour rejoindre la nouvelle équipe Bahrain-Merida. En fin d'année 2016, il est classé du classement World Tour et du Classement mondial UCI.