2016年8月，庞伟代表中国出战巴西里约热内卢举行的奥林匹克运动会射击比赛男子10米气手枪赛事。决赛阶段，庞伟以180.4环获得季军，越南选手黄春荣以202.5环创造奥运会纪录夺冠，巴西华裔枪手费利佩以202.1环拿到亚军。