Z Rogers Cupu se odhlásila 24. července se zdůvodněním zánětu ramene. Dvě zlaté obhajovala na Letních olympijských hrách v Riu de Janeiru. V singlové soutěži však ve třetím kole podlehla Ukrajince Elině Svitolinové. Spolu s Venus Williamsovou pak prohrály již v úvodním kole ženské čtyřhry, když nestačily na český pár Lucie Šafářová a Barbora Strýcová. Přišly tak o svou neporazitelnost v zápasech  pod pěti olympijskými kruhy, která od roku 2000 čítala šňůru patnácti výher (15–0). Přes obdržení divoké karty na Western &amp; Southern Open, se z turnaje odhlásila pro pokračující potíže s ramenem. Na US Open zopakovala semifinálový výsledek, když ji v této fázi vyřadila desátá nasazená Karolína Plíšková ve dvou setech. Přesto se výhrou ve třetím kole nad Švédkou Johannu Larssonovou stala nejúspěšnější ženou ve statistice vítězných zápasů na Grand Slamu. Celkově 307. vítězstvím pokořila rekord Navrátilové. Její pozápasová bilance činila 307–42. Navazující postup do čtvrtfinále přes Kazašku Jaroslavu Švedovovou znamenal 308. vyhraný zápas a posun na první místo historických statistik Grand Slamu, když se odpoutala od 307 výher Rogera Federera. V pondělí 5. září 2016 vyrovnala rekord Steffi Grafové v počtu 186 týdnů na čele klasifikace bez přerušení. O týden později ji na 1. místě žebříčku vystřídala šampionka newyorského majoru Angelique Kerberová.