2016年8月、秋に自身3枚目となるスタジオアルバム『Starboy (スターボーイ)』をリリースすることを発表。9月21日にダフト・パンクと制作したシングル「starboy (スターボーイ)」をリリースし、自身3曲目となる全米1位を獲得した。11月29日には前作に続きダフト・パンクと制作した「I Feel It Coming」をリリースし、全米最高位4位を記録した。アルバム「Starboy」は11月25日にリリースされ、Billboard 200で2度目となる1位を記録した。また、spotifyではリリースから1週間で2億2300万回ストリーミングされるという当時の最高記録を打ち立て、iTunesではリリース当日に77か国で1位を獲得するなど、2016年を代表する作品となった。2018年1月28日に行われた第60回グラミー賞では、「Starboy」で「最優秀アーバン・コンテンポラリー・アルバム賞」を、前作に続き2作連続で受賞した。