Kimmich começou a temporada 2016-17, saindo do banco na vitória por 2-0 contra o Borussia Dortmund na DFL-Supercup de 2016. No dia 9 de setembro, ele marcou seu primeiro gol pelo FC Bayern na vitória por 2-0 na Bundesliga, fora do FC Schalke 04. Quatro dias depois, ele marcou seus dois primeiros gols na Liga dos Campeões em uma vitória em casa por 5-0 contra o FC Rostov. Kimmich marcou um gol aos 88 minutos na vitória por 1-0 fora de casa contra o Hamburger SV. Com a chegada de Mats Hummels, a zaga deixa de ser uma carência no Bayern e Kimmich passa a atuar cada vez mais no meio campo, tendo inclusive uma fase artilheira no começo da temporada.