Захваљујући одличним наступима на америчким трајалсима за Олимпијске игре 2016. у Рио де Жанеиру по први пут се нашла у саставу америчког олимпијског тима. У Рију је Симон пливала четири дисциплине, и у све четири се окитила олимпијским медаљама. Прву олимпијску медаљу, и то сребрну, освојила је као чланица штафете 4×100 слободно, заједно са Аби Вајцел, Дејном Волмер и Кејти Ледеки. Потом у трци на 100 метара слободно плива време новог олимпијског рекорда 52.70 секунди, осваја своју прву златну олимпијску медаљу и постаје првом Афроамериканком са златном олимпијском медаљом освојеном у појединачним пливачким дисциплинама. Пар дана касније осваја и сребро на 50 метара слободно, и злато у штафети 4×100 мешовито.