В следующем сезоне Антуан вновь стал лучшим бомбардиром своей команды и помог ей дойти до финала Лиги чемпионов, именно благодаря его голам «Атлетико» сумел по ходу турнира обыграть «Барселону» и «Баварию». В финале соперником «матрасников» стал мадридский «Реал», в этом матче Гризманн не сумел реализовать пенальти, а победа в итоге досталась «сливочным», которые оказались сильнее в послематчевой серии пенальти (в ней свой удар Гризманн реализовал). Заслуги француза по итогам сезона (включая удачное выступление на Евро-2016) были оценены по достоинству, он стал претендентом на получение награды «Золотой мяч», однако приз в итоге получил Криштиану Роналду. 23 июня 2016 года Гризманн подписал новый контракт с «Атлетико» до 2021 года. 22 апреля 2017 года он забил единственный гол своей команды в поединке с «Эспаньолом», став вторым французом после Карима Бензема, который забивал 100 голов в Ла Лиге (в 247 играх).