I juni 2015 meldte Thorkildsen at han kom til å stå over hele 2015-sesongen, men at han satser på comeback i 2016. I mai 2016 la han imidlertid opp. Da han la opp var han innehaver av norgesrekorden på 91,59 meter og olympisk rekord på 90,57 meter, som han satte i 2008. Under Sommer-OL 2016 i Rio de Janeiro, Brasil var han TV2s ekspertkommentator i friidrett sammen med Johan Kaggestad.