Всемирное антидопинговое агентство
Следующим турниром для Серены стали Олимпийские игры в Рио-де-Жанейро, где ей не удалось развить успех и повторить результаты, показанные на прошлых Олимпиадах. В паре с Винус она выбыла из борьбы уже в первом круге (потерпев первое совместное поражение на Олимпиадах после 15 побед подряд), а в одиночном разряде проиграла в третьем круге 20-й ракетке мира Элине Свитолиной. После Олимпиады Уильямс не выступала вплоть до Открытого чемпионата США, и в ходе премьер-турнира в Цинциннати стремительно прогрессирующая Кербер уже могла сместить её с первого места в рейтинге, но проиграла в финале Каролине Плишковой. Однако через две недели на Открытом чемпионате США Плишкова обыграла в полуфинале уже саму Уильямс, обеспечив Кербер выход на первое место в рейтинге по окончании этого турнира. К этому моменту Серена находилась на первой строчке рейтинга WTA 186 недель без перерыва — рекордный показатель, который она разделила со Штеффи Граф. Открытый чемпионат США стал для Уильямс последним турниром в сезоне — в октябре она объявила, что из-за травмы плеча снимается, как и год назад, с итогового турнира сезона, таким образом, отказавшись от попытки вернуть себе первую позицию в рейтинге до конца года. Этот год стал уже третьим подряд, в котором Серена провела меньше матчей, чем в предыдущем (82 игры в 2013 году, 60 в 2014-м, 56 в 2015-м и всего 44 в 2016-м). Помимо потери лидерства в рейтинге, год для Уильямс был также омрачён шумихой в сентябре вокруг обнародованной хакерской группой Fancy Bear информации о том, что Всемирное антидопинговое агентство на протяжении нескольких лет разрешало ей и её сестре употреблять лекарственные препараты, обычно запрещаемые к применению спортсменами. Для Серены в этот список входили оксикодон, гидроморфон, преднизолон и метилпреднизолон. Чиновники антидопинговых ведомств и теннисных организаций, однако, отвергли обвинения в нечестной игре, заявив, что все эти препараты применялись в медицинских целях и их употребление обусловлено травмами мягких тканей; кроме того, часть разрешений относилась к времени перерывов в выступлениях спортсменки.