В апреле 2016 года Шахбоз Холмурзаев принял участие в олимпийской квалификационной регате стран Азии и Океании. По итогам соревнований узбекистанский гребец смог завоевать олимпийскую лицензию, заняв в турнире седьмое место. В августе 2016 года Шахбоз Холмурзаев принял участие в летних Олимпийских играх в Рио-де-Жанейро. На предварительном этапе узбекистанский гребец к середине дистанции уступал тройке лидеров более 8 секунд, но на второй половине стал стремительно приближаться к аргентинцу Бриану Россо, показав на заключительных 500 метрах лучшее время среди всех участников, однако скорости, показанной на финише молодому узбекистанскому гребцу не хватило для прямого попадания в четвертьфинал. На финише Холмурзаев уступил Россо 2,34 секунды и был вынужден стартовать в отборочном раунде. В отборочном заезде Холмурзаев занял второе место и получил право выступить в четвертьфинале, где он довольно много уступил своим конкурентам по заезду и выбыл из борьбы за медали. По результатам классификационных заездов Холмурзаев занял итоговое 22-е место.