Bei der Europameisterschaft 2016 in Frankreich gehörte er in sieben Partien der französischen Mannschaft zur Stammelf. Im zweiten Gruppenspiel gegen Albanien erzielte er den Treffer zum 1:0 in der Schlussminute; das Spiel wurde mit gewonnen. Im Achtelfinale gegen Irland erzielte er beide Tore zum . Beim gegen Island im Viertelfinale war er mit zwei Vorlagen und einem Tor beteiligt. Im Halbfinale erzielte er beide Tore zum gegen die deutsche Mannschaft. Das Finale gegen Portugal wurde mit 0:1 verloren. Mit sechs Treffern wurde Griezmann Torschützenkönig dieser EM und mit dem "Goldenen Schuh" ausgezeichnet, außerdem wurde er in die Mannschaft des Turniers gewählt.