Saya mau tau 2016–2017: Illuminate dari Shawn Mendes

Pada tanggal 21 Januari 2016, Mendes membuat akting debutnya di serial The 100 episode perdana di musim ketiga di siaran The CW. Dia kemudian mengumumkan tur dunia keduanya, Shawn Mendes World Tour yang dimulai pada bulan Maret 2016 dan menjual 38 konser di Amerika Utara dan Eropa dalam hitungan menit. Mendes dikontrak oleh agensi modeling bernama Wilhelmina Models pada awal tahun 2016.

Mendes merilis "Treat You Better", single utama dari album studio keduanya, pada bulan Juni 2016. Di AS, single ini berada di 10 besar di Billboard Hot 100, menjadi single keduanya yang memuncaki tangga lagu Adult Contemporary dan Adult Pop Songs, dan disertifikasi tiga kali platinum. Single ini juga berada di 10 besar di Britania Raya. Albumnya, Illuminate, dirilis pada tanggal 23 September 2016 dan debut di nomor satu di Billboard 200 AS dengan 145,000 penjualan unit album, termasuk 121,000 di penjualan album langsung dan disertifikasi platinum. Album ini debut di puncak tangga album di Kanada, menjadi album nomor satu keduanya di negara asalnya. "Mercy" dirilis sebagai single kedua pada tanggal 18 Agustus 2016, yang berada di 20 besar di AS dan Britania Raya dan disertifikasi dua kali platinum. Mendes merilis album live berjudul Live at Madison Square Garden pada bulan Desember 2016. Dia tampil sebagai tamu musik di Saturday Night Live pada tanggal 3 Desember 2016.

Pada bulan April 2017, Mendes mengadakan Illuminate World Tour yang bertempat di arena-arena di seluruh dunia seperti Staples Center di Los Angeles dan The O2 Arena di London. Dia merilis single "There's Nothing Holdin' Me Back" pada tanggal 20 April 2017, yang masuk ke dalam edisi deluxe dari album Illuminate. Lagu ini merupakan single ketiga Mendes yang berada di 10 besar di AS dan single ketiga yang berada di nomor satu di tangga lagu Adult Contemporary dan Adult Pop Songs. Pada bulan Agustus 2017, dia menjadi artis pertama di bawah 20 tahun yang mempunyai tiga lagu nomor satu di tangga lagu Billboard Adult Pop Songs. Pada bulan November 2017, Mendes menjadi artis pertama yang mempunyai tiga lagu nomor satu di tangga lagu Billboard Adult Contemporary sebelum berusia 20 tahun.

Mendes masuk ke dalam daftar "30 Remaja Paling Berpengaruh 2016" oleh Time dan untuk pertama kali masuk ke dalam daftar "30 Under 30 2016: Music" oleh Forbes. Dia berada di nomor satu di daftar "21 Under 21" oleh Billboard pada tahun 2017, setelah dua albumnya memuncaki Billboard 200 dan singlenya "There’s Nothing Holding Me Back" menjadi lagu kelimanya di 20 besar di Billboard Hot 100.