In januari 2016 vertrok Niyonsaba voor een tweede maal naar de Verenigde Staten om in Eugene bij de Oregon Track Club, gecoacht door Mark Rowland, te gaan trainen voor de Olympische Spelen dat jaar. Ze deed in maart mee aan de wereldindoorkampioenschappen in Portland, waar ze met een nationaal record van 2.00,01 vóór de Amerikaanse Ajeé Wilson en de Keniaanse Margaret Wambui naar de wereldtitel liep. Vervolgens behaalde ze in de Diamond League podiumplaatsen bij de Meeting International Mohammed VI in Rabat (1.57,74), het Golden Gala in Rome (1.58,20), de Birmingham Diamond League in Birmingham (1.56,92) en bij de Herculis (1.56,24), eveneens een nationaal record.