Bei der Hallenweltmeisterschaften 2016 in Portland erreichte Niyonsaba mit einer Zeit von 2:00,1 min den Weltmeistertitel. Ihre persönliche Bestleistung und den erneuten burundischen Rekord verbesserte Francine Niyonsaba bei der Diamond League-Veranstaltung Herculis in Monaco auf 1:56,24 min Ebenfalls im Jahre 2016 konnte sie bei den Olympischen Spielen 2016 in Rio de Janeiro mit einer Zeit von 1:56,49 min die Silbermedaille gewinnen, welche die zweite Olympiamedaille für Burundi überhaupt war.