In seguito, Ash partecipa al torneo olimpico, dove prende parte al singolare, al doppio e al doppio misto. Nel primo evento, la n°1 del mondo viene sconfitta all'esordio da Sara Sorribes Tormo per 4-6 3-6. In coppia con Storm Sanders, invece, arrivano fino ai quarti di finale, dove cedono il passo alle n°1 del seeding Krejčíková/Siniaková al match-tiebreak. Nel misto, assieme a John Peers, arriva in semifinale, dove perde dalla coppia Pavljučenkova/Rublëv per [11-13] al match-tie-break; nella finale per il bronzo, gli australiani approfittano del walkover della coppia Đoković/Stojanovic, aggiudicandosi così la medaglia di bronzo. Barty regala all'Australia la prima medaglia nella sua storia nel doppio misto olimpico.