15 января 2017 года Рамос забил собственный гол в конце матча против «Севильи», который сравнял счет 1:1, и в итоге «Реал Мадрид» проиграл матч 2:1 в компенсированное время, тем самым прервав свою беспроигрышную серию из 40 матчей. Неделю спустя он забил оба гола в победе 2:1 над «Малагой», записав на свой счет 50-й гол в Ла Лиге. 11 февраля в победе 3:1 над «Осасуной» Рамос провёл свой 500-й матч в составе клуба. Во втором туре Лиги чемпионов Рамос забил важный гол в ворота «Наполи», сравняв счет в гостевом матче 3:1, и «Реал Мадрид» вышел в четвертьфинал, выиграв по сумме двух матчей 6:2. 12 марта Рамос забил еще один поздний гол за «Реал Мадрид», на этот раз против «Реал Бетис» на «Сантьяго Бернабеу» со счетом 2:1, доведя свой голевой счет до 10 в сезоне, впервые в своей карьере забив двузначное число голов за сезон. Благодаря голу Рамоса «Реал Мадрид» вернулся на вершину турнирной таблицы чемпионата. 23 апреля испанец был удалён в 22-й раз в своей карьере и в пятый раз в Эль-Класико, получив прямую красную карточку за удар Лионеля Месси двумя ногами во время контратаки «Барселоны» в домашнем поражении 3:2. «Реал Мадрид» выиграл свой 33-й титул чемпиона Ла Лиги, что стало для защитника четвертым титулом чемпиона и первым в качестве капитана. В финале Лиги чемпионов УЕФА 2017 года команда впервые с сезона 1957/58 годов выиграла дубль Лиги и Кубка европейских чемпионов, победив «Ювентус». Это также сделало Рамоса первым игроком, который стал капитаном команды, выигравшей два раза подряд еврокубки в эпоху Лиги чемпионов УЕФА. Его десять голов в &lt;a href="%D0%A4%D0%9A%20%C2%AB%D0%A0%D0%B5%D0%B0%D0%BB%20%D0%9C%D0%B0%D0%B4%D1%80%D0%B8%D0%B4%C2%BB%20%D0%B2%20%D1%81%D0%B5%D0%B7%D0%BE%D0%BD%D0%B5%202016/2017"&gt;2016/17&lt;/a&gt; годах стали его самым результативным сезоном.