Sau khi phát hành, "Can't Stop the Feeling!" nhận được những phản ứng tích cực từ các nhà phê bình âm nhạc, trong đó họ đánh giá cao giai điệu bắt tai và thích hợp với mùa hè sản xuất nó. Ngoài ra, bài hát còn gặt hái nhiều giải thưởng và đề cử tại những lễ trao giải lớn, bao gồm đề cử giải Quả cầu vàng lẫn Oscar cho Bài hát gốc xuất sắc nhất cũng như chiến thắng một giải Grammy cho Bài hát nhạc phim xuất sắc nhất tại lễ trao giải thường niên lần thứ 59. "Can't Stop the Feeling!" cũng tiếp nhận những thành công ngoài sức tưởng tượng về mặt thương mại, đứng đầu các bảng xếp hạng ở Bỉ, Canada, Pháp, Đức, Thụy Điển và Thụy Sĩ, đồng thời lọt vào top 10 ở hầu hết những quốc gia nó xuất hiện, bao gồm vươn đến top 5 ở những thị trường lớn như Úc, Áo, Đan Mạch, Ireland, Hà Lan, New Zealand, Na Uy và Vương quốc Anh. Tại Hoa Kỳ, nó ra mắt ở vị trí số một trên bảng xếp hạng "Billboard" Hot 100, trở thành bài hát thứ 26 trong lịch sử bảng xếp hạng làm được điều này và giúp Timberlake đạt được đĩa đơn quán quân thứ năm, đồng thời là đĩa đơn bán chạy nhất năm 2016 tại đây.