Em 2016, nos Jogos Olímpicos do Rio de Janeiro, Kharlan foi derrotada, na semifinal, pela russa Yana Egorian, mas conquistou a medalha de bronze ao vencer a francesa Manon Brunet. No evento por equipes, ela integrou a equipe ucraniana juntamente com Alina Komashchuk, Olena Kravatska e Olena Voronina, que foram derrotadas na decisão pela Rússia, terminando a competição com a medalha de prata. No mesmo ano, conquistou duas medalhas no Campeonato Europeu: um bronze no individual e um ouro por equipes. Por sua performance no ano, ela foi eleita "atleta feminina" do ano na cerimônia "Heróis dos Esportes da Ucrânia".