Le Lewandowski est officiellement nommé par Adam Nawałka et fait partie de la liste des 23 joueurs polonais sélectionnés pour disputer l'Euro 2016. Durant la compétition, après avoir battu l'Irlande du Nord (1-0) l'Ukraine (1-0), et après un match nul contre l'Allemagne (0-0), la Pologne a pris la deuxième place du Groupe C, et pour la première fois de son histoire se qualifie aux 1/8 de finale de l'Euro. Après avoir éliminé la Suisse en 1/8 de finale (1-1, 5-4 aux t.a.b.), la Pologne est éliminée en quarts de finale après avoir perdu aux tirs au but (1-1, 3-5 aux t.a.b.) contre le Portugal. Lewandowski, en tant que capitaine de l'équipe, a été titularisé dans tous les cinq matches de équipe pour le tournoi et a marqué 1 but dans le match de quart de finale contre le Portugal, ce but fut le plus rapide de l'Euro 2016, après moins de deux minutes de jeu (119 secondes exactement) et le but le plus rapide de l'histoire de l'Euro derrière le Russe Kiritchenko en 2004 (1 min 7 s).