In 2016 werd Bromell wereldkampioen op de 60 meter tijdens de Wereldkampioenschappen indooratletiek 2016 in Portland. Later dat jaar nam hij deel aan de Olympische Spelen in Rio de Janeiro. Hij haalde de finale en behaalde hier een achtste plaats in 10,06. Samen met Mike Rodgers, Justin Gatlin en Tyson Gay kwalificeerde hij zich ook voor de finale van de 4x100 meter. In de finale werd het Amerikaanse viertal gediskwalificeerd als gevolg van een foutieve stokwissel.