На Олимпийских играх 2016 года в Рио-де-Жанейро 6 августа завоевал серебро на дистанции 400 м вольным стилем с результатом 3:41,68, уступив всего 0,13 сек 20-летнему австралийцу Маку Хортону. 8 августа Сунь Ян выиграл золото на дистанции 200 м вольным стилем (1:44,65). 12 августа на дистанции 1500 метров вольным стилем в предварительном заплыве неожиданно показал только 16-е время (15:01,97) и не сумел выйти в финал, который выиграл итальянец Грегорио Пальтриньери.