Real Madrid bắt đầu mùa giải 2016–17, đây là mùa giải đầu tiên Zidane dẫn dắt câu lạc bộ, mở đầu với chiến thắng ở Siêu cúp UEFA 2016. Vào ngày 10 tháng 12 năm 2016, Madrid đã thắng trận thứ 35 liên tiếp mà không để thua một trận nào, lập kỷ lục mới của câu lạc bộ. Vào ngày 18 tháng 12 năm 2016, Madrid đánh bại câu lạc bộ Nhật Bản Kashima Antlers 4–2 trong trận chung kết FIFA Club World Cup 2016. Với trận hòa 3–3 trước Sevilla vào ngày 12 tháng 1 năm 2017, chuỗi trận bất bại của Madrid đã kéo dài lên 40 trận, phá vỡ kỷ lục 39 trận bất bại của Barcelona trên mọi đấu trường từ mùa giải trước. Chuỗi trận bất bại của họ đã kết thúc sau trận thua 1-2 trên sân khách trước Sevilla ở La Liga ba ngày sau đó. Vào tháng 5 năm đó, Madrid giành chức vô địch La Liga 2016–17 lần thứ 33 kỷ lục, danh hiệu vô địch quốc gia đầu tiên của họ sau 5 năm. Vào ngày 3 tháng 6, chiến thắng trong trận chung kết Champions League của câu lạc bộ trước Juventus, giúp Real Madrid trở thành đội bóng đầu tiên bảo vệ thành công danh hiệu của mình trong kỷ nguyên UEFA Champions League và là đội bóng đầu tiên giành được danh hiệu này liên tiếp kể từ Milan vào năm 1989 và 1990, khi giải đấu này được gọi là Cúp C1 châu Âu. Danh hiệu của Real Madrid là danh hiệu thứ 12, kéo dài kỷ lục và là danh hiệu thứ ba trong bốn năm. Thành tích này còn được gọi là "La Duodécima". Mùa giải 2016–17 là mùa giải thành công nhất về danh hiệu giành được trong lịch sử của Real Madrid.