Im Juni 2016 krönte sich Sara Petersen zur Europameisterin, angemerkt der Abwesenheit von Weltmeisterin Zuzana Hejnová und Titelverteidigerin Eilidh Child. Jedoch verbesserte sie sich die gesamte Saison hinweg und erzielte bei den Olympischen Spielen mit einer Sensationszeit von 53,55 s die Silbermedaille, hinter der US-Amerikanerin Dalilah Muhammad. Mit dieser Zeit, liegt sie in der ewigen Bestenliste auf Rang 35 (Stand: Dezember 2016).