Na XXXI. letních olympijských hrách v Riu de Janeiru získala bronzovou medaili v ženské dvouhře po výhře nad americkou světovou devítkou Madison Keysovou. V listopadu přidala premiérový triumf ze závěrečného turnaje sezóny WTA Elite Trophy 2016, přezdívaného „malý Turnaj mistryň“,když na ni ve finále nestačila Ukrajinka Elina Svitolinová a stala se tak první tenistkou, která ovládla obě závěrečné události sezóny vždy při svém debutu. Ziskem páté trofeje ve Fed Cupu v roce 2016, po finálové výhře nad Francií, se stala nejúspěšnější českou reprezentantkou, když překonala čtyři tituly Heleny Sukové z osmdesátých let 20. století.