Anfang 2016 überraschte Ostapenko mit dem Finaleinzug beim Premier-Turnier von Doha. Nachdem sie in der dritten Runde mit Petra Kvitová zum zweiten Mal eine Top-10-Spielerin ausgeschaltet hatte, scheiterte sie im Endspiel an Carla Suárez Navarro. Anschließend erreichte sie in Katowice das Halbfinale sowie die dritte Runde in Rom. Bei den Olympischen Sommerspielen in Rio de Janeiro schied sie bereits zum Auftakt in drei Sätzen gegen Samantha Stosur aus. Obwohl sie das Jahr mit sechs Niederlagen in Folge abschloss, überwinterte sie erstmals unter den besten 50 der Weltrangliste.