Sachverhalt:
A.
Der 1962 geborene A._ war seit 1992 beim Werk B._ als Mitarbeiter der Geräteverwaltung tätig gewesen. Am 18. Oktober 2006 meldete er sich unter Hinweis auf Depressionen, eine Angst- und Panikstörung, eine Reizdarmproblematik sowie einen in der Klinik C._ erlittenen Sturz mit Schädelfraktur, Schädelhirntrauma und Schulterfraktur zum Leistungsbezug bei der Invalidenversicherung an. Die IV-Stelle des Kantons Aargau holte u.a. bei der MEDAS Oberaargau, Langenthal, ein polydisziplinäres Gutachten (vom 30. September 2011, samt Ergänzung vom 4. Juli 2012) sowie eine neurologische Expertise des Spitals D._ vom 21. Juni 2013 ein. Entsprechend ihrer Ankündigung im Vorbescheidverfahren verneinte die IV-Stelle mit Verfügung vom 14. Dezember 2015 einen Rentenanspruch.
B.
Die dagegen erhobene Beschwerde wies das Versicherungsgericht des Kantons Aargau mit Entscheid vom 19. Mai 2016 ab.
C.
A._ lässt mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten beantragen, unter Aufhebung des Entscheids vom 19. Mai 2016 sei ihm eine ganze Invalidenrente zuzusprechen; eventualiter sei die Sache für eine weitere interdisziplinäre medizinische Begutachtung an die Vorinstanz zurückzuweisen.
Die IV-Stelle beantragt Abweisung der Beschwerde. Das Bundesamt für Sozialversicherungen verzichtet auf eine Vernehmlassung.

Erwägungen:
1.
Mit der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann u.a. die Verletzung von Bundesrecht gerügt werden (<ref-law>). Die Feststellung des Sachverhalts kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (<ref-law>). Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (<ref-law>). Es kann die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz von Amtes wegen berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 beruht (<ref-law>).
2.
2.1.
2.1.1. Bei der Beurteilung der Arbeits (un) fähigkeit stützt sich die Verwaltung und im Beschwerdefall das Gericht auf Unterlagen, die von ärztlichen und gegebenenfalls auch anderen Fachleuten zur Verfügung zu stellen sind. Ärztliche Aufgabe ist es, den Gesundheitszustand zu beurteilen und dazu Stellung zu nehmen, in welchem Umfang und bezüglich welcher Tätigkeiten die versicherte Person arbeitsunfähig ist. Hinsichtlich des Beweiswertes eines Arztberichtes ist entscheidend, ob dieser für die streitigen Belange umfassend ist, auf allseitigen Untersuchungen beruht, auch die geklagten Beschwerden berücksichtigt, in Kenntnis der Vorakten (Anamnese) abgegeben worden ist, in der Beurteilung der medizinischen Zusammenhänge sowie der medizinischen Situation einleuchtet und ob die Schlussfolgerungen der Experten begründet sind (<ref-ruling> E. 5.1 S. 232; <ref-ruling> E. 3a S. 352 mit Hinweis).
2.1.2. Im Rahmen der freien Beweiswürdigung (<ref-law>; vgl. <ref-ruling> E. 3.2 und 4 S. 397 ff.; Urteil I 865/06 vom 12. Oktober 2007 E. 4 mit Hinweisen) darf sich die Verwaltung - und im Streitfall das Gericht - weder über die (den beweisrechtlichen Anforderungen genügenden; vgl. <ref-ruling> E. 5.1 S. 232; <ref-ruling> E. 3a S. 352 mit Hinweis) medizinischen Tatsachenfeststellungen hinwegsetzen noch sich die ärztlichen Einschätzungen und Schlussfolgerungen zur Arbeitsfähigkeit unbesehen ihrer konkreten sozialversicherungsrechtlichen Relevanz und Tragweite zu eigen machen. Die rechtsanwendenden Behörden haben diesfalls mit besonderer Sorgfalt zu prüfen, ob die ärztliche Einschätzung der Arbeitsunfähigkeit auch invaliditätsfremde Gesichtspunkte (insbesondere psychosoziale und soziokulturelle Belastungsfaktoren) mitberücksichtigt, die vom invaliditätsrechtlichen Standpunkt aus unbeachtlich sind (vgl. <ref-ruling>; <ref-ruling> E. 2.2.5 S. 355 f.; Urteil 9C_146/2015 vom 19. Januar 2016 E. 3.1).
2.2. Bei den vorinstanzlichen Feststellungen zum Gesundheitszustand und zur Arbeitsfähigkeit der versicherten Person handelt es sich grundsätzlich um Entscheidungen über eine Tatfrage (<ref-ruling> E. 3.2 S. 397 ff.), welche das Bundesgericht seiner Urteilsfindung zugrunde zu legen hat (E. 1). Die konkrete Beweiswürdigung stellt ebenfalls eine Tatfrage dar. Dagegen ist die Beachtung des Untersuchungsgrundsatzes und der Beweiswürdigungsregeln Rechtsfrage (<ref-ruling> E. 3.2 und 4 S. 397 ff.; Urteil I 865/06 vom 12. Oktober 2007 E. 4 mit Hinweisen), die das Bundesgericht im Rahmen der den Parteien obliegenden Begründungs- bzw. Rügepflicht (<ref-law> und <ref-law>; <ref-ruling> E. 1.4.1 und 1.4.2 S. 254) frei überprüfen kann (<ref-law>).
3.
Streitig und zu prüfen ist, ob das kantonale Gericht zu Recht einen Invalidenrentenanspruch des Beschwerdeführers verneinte.
3.1. Die Vorinstanz mass dem Gutachten der MEDAS vom 30. September 2011 und dem neurologischen Teilgutachten des Spitals D._ vom 21. Juni 2013 vollen Beweiswert zu und stellte fest, der Beschwerdeführer sei für körperlich leichte Tätigkeiten auf tischhoher Oberfläche mit einem Bewegungsumfang des rechten Armes in sitzender oder stehender Position auf tischhoher, brusthoher Oberfläche von 1 qm in einem zeitlichen Ausmass von achteinhalb Stunden pro Tag an fünf Tagen der Woche ohne verminderte Leistungsfähigkeit arbeitsfähig. Bei wiederholtem Heben und Tragen seien ihm hinsichtlich des rechten Armes leichte Belastungen entlang des Körpers bis Hüfthöhe, vereinzelt bis 10 kg zumutbar. Die Arbeitsfähigkeit sei mit Blick auf dieses Zumutbarkeitsprofil auch in der angestammten Tätigkeit beim Werk B._ nicht eingeschränkt.
3.2. Der Beschwerdeführer macht geltend, das interdisziplinäre Gutachten der MEDAS sei beweisuntauglich. Es sei nach altem Standard (ohne die in <ref-ruling> statuierten Beteiligungsrechte) verfasst worden, weshalb geringe Zweifel daran genügen würden, um eine neue Begutachtung anzuordnen. Mit Blick auf die zu lange Verfahrensdauer, namentlich auch unter Berücksichtigung des Umstands, dass zwischen Begutachtung und Verfassung der Expertise rund ein Jahr verstrichen sei, würden diese medizinischen Akten zu weit zurück liegen, um eine verlässliche Beurteilungsgrundlage zu bilden. Die zu lange Verfahrensdauer verstosse gegen das Recht auf ein faires Verfahren (Art. 6 Abs. 1 EMRK). Die Mindeststandards für Gutachten seien verletzt, nachdem die von der Verwaltung gestellten Ergänzungsfragen vom 27. Februar 2012 einzig vom Chefarzt Dr. med. E._, der den Versicherten nicht untersucht habe, ohne Rücksprache mit den begutachtenden Fachärzten der MEDAS, beantwortet worden seien. Weiter sei der medizinische Sachverhalt unvollständig abgeklärt, nachdem sich das neurologische Zusatzgutachten vom 21. Juni 2013 nur mit der Nervenleitproblematik befasst habe und sich weder mit dem auffälligen CT-Befund vom 13. Juli 2010 (Bericht des Spitals F._ vom 4. August 2010) noch mit der Empfehlung des Instituts für neuropsychologische Diagnostik und Bildgebung am Zentrum G._ vom 13. Juni 2012 auseinandergesetzt habe, wonach eine MRI-Untersuchung mit hämosiderin-sensitiven Sequenzen durchzuführen sei. Trotz entsprechender Nachfragen (Anfrage vom 13. September 2013 und Bericht des Regionalen Ärztlichen Dienstes [RAD] vom 6. Dezember 2013) seien diese nie beantwortet worden. Wesentliche Umstände, wie sie sich aus dem Verlaufsbericht des behandelnden Psychiaters Dr. med. H._ vom 4. September 2014 ergeben würden, etwa die Notwendigkeit einer Arbeitsabklärung mit Arbeitstraining nach der langen Absenz vom Arbeitsmarkt, seien unberücksichtigt geblieben. Das Recht auf ein faires Verfahren nach Art. 6 EMRK sei verletzt, indem in willkürlicher Weise auf veraltete, untaugliche medizinische Unterlagen abgestellt worden sei.
4.
4.1. Dem Beschwerdeführer ist zuzustimmen, dass eine ausserordentlich lange Verfahrensdauer vorliegt. Auffallend und nicht nachvollziehbar ist insbesondere die lange Dauer von rund einem Jahr zwischen Exploration und Fertigstellung des Gutachtens der MEDAS und der Umstand, dass nach Vorliegen des Gutachtens am 30. September 2011 mit Ergänzung vom 4. Juli 2012 sowie neurologischer Zusatzbegutachtung am 21. Juni 2013 bis zum Erlass der Verfügung vom 14. Dezember 2015 nochmals sehr viel Zeit verstrich, ohne dass sich dafür eine vertretbare Erklärung finden liesse. Der Beschwerdeführer macht aber nicht geltend, er habe sich durch aufsichtsrechtliche Massnahmen oder sonstwie um eine beförderliche Behandlung der Sache bemüht. Ein Rechtsnachteil ist nicht erkennbar. Vor allem aber vermag er aus dieser (zu) langen Verfahrensdauer keine Leistungsansprüche abzuleiten. Denn rechtsprechungsgemäss besteht auch bei einem Verstoss gegen das Beschleunigungsgebot durch eine übermässige Verfahrensdauer kein Anspruch auf eine Wiedergutmachung in der Form der Zusprechung einer materiell-rechtlich nicht geschuldeten Sozialversicherungsleistung (<ref-ruling> E. 3.4 S. 422; Urteil 8C_130/2016 vom 16. April 2016 E. 2).
4.2. Damit steht hier die Frage im Mittelpunkt, ob das MEDAS-Gutachten (mit Ergänzung) und die nachträglich eingeholte neurologische Expertise des Spitals D._ eine beweisrechtlich hinreichende Grundlage zur Beurteilung der Arbeitsfähigkeit bilden, sodass die Vorinstanz darauf abstellen durfte.
4.3.
4.3.1. Das Gutachten der MEDAS vom 30. September 2011 wurde nach altem Verfahrensstandard - d.h. ohne die Gewährung der Beteiligungsrechte gemäss <ref-ruling> - eingeholt, weshalb bereits relativ geringe Zweifel an dessen Zuverlässigkeit und Schlüssigkeit genügten, um eine neue Begutachtung anzuordnen (<ref-ruling> E. 2.3.2 S. 103). Die Tatsache, dass zwischen der psychiatrischen Untersuchung und der Abfassung des Gutachtens rund zehn Monate vergangen sind, sagt hingegen für sich allein nichts über die Zuverlässigkeit oder Schlüssigkeit der ärztlichen Feststellungen aus. Entgegen den Darlegungen in der Beschwerde hat sich die Psychiaterin Dr. med. I._ auch mit der in früheren Berichten erwähnten anhaltenden somatoformen Funktionsstörung, welche sie der Kategorie der somatoformen Störung (ICD-10: F45) unterordnete, sowie einer Angststörung befasst. In Anlehnung an die Diagnosekriterien konnte sie keine somatoforme Schmerzstörung feststellen. Eine somatoforme autonome Funktionsstörung des unteren Verdauungssystems (ICD-10: F45.32) schloss sie weder gänzlich aus noch bestätigte sie diese, da ihr diesbezüglich hauptsächlich anamnestische Angaben des Versicherten vorlagen. Eine eigenständige psychiatrische Störung in Form einer Angst- oder Paniksymptomatik verneinte sie nachvollziehbar. Damit hatte die Vorinstanz keinen Anlass, an der Schlüssigkeit des psychiatrischen Teilgutachtens (vom 29. Juni 2011) zu zweifeln. Ihre diesbezügliche Beweiswürdigung ist nicht zu beanstanden.
4.3.2. Die fehlende neurologische Exploration der MEDAS-Gutachter stellt zwar einen Mangel dar, welcher aber durch die nachträgliche neurologische Begutachtung am Spital D._ behoben werden konnte. Mit Blick auf die monierte fehlende Vorgabe der medizinischen Fachgebiete durch die IV-Stelle ist, soweit dies kein unzulässiges Novum darstellt (<ref-law>), darauf hinzuweisen, dass es letztlich den Experten obliegt, über die Erforderlichkeit weiterer Abklärungen zu entscheiden (<ref-ruling> E. 3.3 S. 352). Wiederholt bringt der Beschwerdeführer vor, es habe keine interdisziplinäre Beurteilung stattgefunden. Wenn die Vorinstanz hierzu ausführte, die MEDAS habe im Gutachten unter Punkt "aus interdisziplinärer Sicht" eine fachübergreifende, gesamthafte Beurteilung vorgenommen, hat sie weder den Sachverhalt falsch festgestellt noch Bundesrecht verletzt. Welche Überlegungen darüber hinaus noch gutachterlicherseits hätten angestellt werden sollen, wird nicht dargetan und ist auch nicht ersichtlich. Auch wies das kantonale Gericht zutreffend darauf hin, dass sämtliche Gutachter die Expertise unterschrieben haben, womit erstellt ist, dass sie sich mit den Schlussfolgerungen derselben einverstanden erklärten. Dass die IV-Stelle den Experten am 27. Februar 2012 ergänzende Fragen stellte, erweckt nicht bereits Zweifel an der Verwertbarkeit des Gutachtens. Ziel ist es, die medizinische Thematik umfassend zu erörtern, weshalb auch zusätzlich ein neurologisches Gutachten am Spital D._ (vom 21. Juni 2013) eingeholt und ein neurologischer Untersuchungsbericht des Zentrums G._ vom 13. Juni 2012 zu den Akten genommen wurde. Bleiben anschliessend keine entscheidwesentlichen Fragen mehr offen, wovon die Vorinstanz zu Recht ausging, ist der Beweiswert des Gutachtens nicht tangiert. Nicht ersichtlich ist, weshalb der Chefarzt Dr. med. E._ nicht in der Lage gewesen sein sollte, diese zusätzlichen Fragen an die MEDAS zu beantworten, wobei der fehlende Hinweis auf eine Rücksprache mit den untersuchenden Experten zwar bedauerlich ist, eine solche aber auch nicht ausschliesst.
4.3.3. Nicht zu hören ist der Beschwerdeführer ferner mit dem wiederholten Hinweis auf einen nicht beurteilten auffälligen CT-Befund vom 13. Juli 2010 (Zeichen generalisierter Atrophie). Im neuropsychologischen Teilgutachten der MEDAS vom 18. März 2011 wurde der CT-Befund als relevante Vorakte einlässlich wiedergegeben und in der abschliessenden Beurteilung nochmals im Zusammenhang mit der kognitiven Leistungsfähigkeit und des bestehenden Alkoholabhängigkeitssyndroms erwähnt. In der neurologischen Expertise des Spitals D._ vom 21. Juni 2013 wurde sodann auf die dreimalige zerebrale computertomographische Bildgebung hingewiesen, wonach keine Veränderung im Bereich des Neurocraniums festgestellt werden konnte. Es wurde ausgeführt, die epileptischen Anfälle schienen provoziert aufgetreten zu sein, jeweils im Zusammenhang mit dem Entzug von Benzodiazepinen oder Alkohol oder deren Überkonsum. Eine fokale strukturelle Veränderung bestehe nicht. Die vom Versicherten erwähnte, im Untersuchungsbericht des Zentrums G._ vom 13. Juni 2012 vorgeschlagene weitere Abklärung im Sinne einer MRI-Untersuchung mit hämosiderin-sensitiven Sequenzen wurde einzig für die Beurteilung der Kausalität der genannten neuropsychologischen Defizite als notwendig bezeichnet, weshalb hieraus hinsichtlich der Auswirkungen dieser Defizite auf die Arbeitsfähigkeit nichts gewonnen werden könnte. Die Behauptung, Nachfragen an die neurologischen Gutachter in diesem Zusammenhang seien unbeantwortet geblieben, ist neu und daher unzulässig (<ref-law>). Überdies ist nicht dargetan, weshalb der RAD nicht zuverlässig zur Schlüssigkeit der medizinischen Aktenlage, insbesondere der neurologischen Expertise des Spitals D._, nach Eintreffen des Ergänzungsschreibens der Gutachter vom 26. Juli 2013, Stellung nehmen konnte. Daran ändern die von der RAD-Ärztin Dr. med. Stoffner einzig zum Beginn der Arbeitsfähigkeit vorgenommenen Wahrscheinlichkeitsüberlegungen nichts.
4.3.4. Nicht hinreichend substanziiert ist sodann die Rüge, die medizinischen Akten entsprächen nicht den mit <ref-ruling> umschriebenen Anforderungen an die medizinische Untersuchung, weshalb sich Weiterungen hierzu erübrigen. Dem Vorbringen des Versicherten, die medizinische Aktenlage, auf die sich das kantonale Gericht stützte, sei veraltet, ist entgegenzuhalten, dass sich der medizinische Sachverhalt mit den Mittelfussfrakturen und einem vom Psychiater Dr. med. H._ im Verlaufsbericht vom 4. September 2014 erwähnten psychischen Zusammenbruch zehn Monate zuvor zwar noch nach den Begutachtungen verändert hat, aber beide Ereignisse keine Auswirkungen auf das gutachterlicherseits festgelegte - und von der Vorinstanz zu Recht verwendete - Zumutbarkeitsprofil (E. 3.1) zeitigten. Der behandelnde Psychiater bezeichnete den Gesundheitszustand nachfolgend ausdrücklich als stationär. Er führe einmal monatlich stützende Gespräche durch, welcher Sitzungsrhythmus nicht auf eine bedeutende Verschlechterung der psychiatrischen Situation schliessen lässt. Ebenso berichtete der Hausarzt Dr. med. J._, Allgemeine Medizin FMH, am 28. Oktober 2014 über stationäre Verhältnisse bei unveränderten Befunden, obwohl ihm die Insuffizienzfrakturen am Mittelfuss im Herbst 2013 und Juni 2014 bekannt waren. Damit kamen dem Gesundheitszustand, wie er in den als Entscheidgrundlage dienenden medizinischen Akten festgehalten wurde, keine wesentlichen gesundheitlichen Aspekte hinzu, die die Vorinstanz in Verletzung der bundesrechtlichen Beweisgrundsätze missachtete. Der Einwand der veralteten medizinischen Unterlagen liegt zwar nahe, dringt aber letztlich nicht durch. Das vom Versicherten hierzu angeführte Urteil 8C_551/2015 vom 17. März 2016 äussert sich denn auch nicht in absolut geltender Weise zur Frage, wann ein Gutachten zu lange zurück liegt, um eine zuverlässige Beurteilungsgrundlage darzustellen. Dies ist vielmehr jeweils unter Einbezug der konkreten Umstände zu beurteilen.
4.3.5. Auch im Hinblick auf die Verwertung der festgestellten medizinisch-theoretischen Arbeitsfähigkeit ergibt sich keine Rechtsfehlerhaftigkeit des vorinstanzlichen Entscheids aus dem Umstand, dass darin ein vom Psychiater empfohlenes Arbeitstraining unerwähnt blieb. Dass ein Arbeitstraining unabdingbar wäre, ergibt sich aus den weiteren Akten nicht.
4.3.6. Zusammenfassend durfte die Vorinstanz demnach auf das MEDAS-Gutachten und das neurologische Teilgutachten des Spitals D._ abstellen. Ein diesbezüglich offensichtlich unrichtig festgestellter Sachverhalt oder eine bundesrechtswidrige Beweiswürdigung durch die Vorinstanz liegt nicht vor, weshalb sie auch auf eine weitere medizinische Begutachtung verzichten konnte. Der Beschwerdeführer rügt im Übrigen nicht, dass das kantonale Gericht den Sachverhalt offensichtlich falsch feststellte, wenn es - in Bestätigung der IV-Stelle - auch in der angestammten Tätigkeit beim Werk B._ von einer vollen Arbeitsfähigkeit ausging. Damit hat es beim angefochtenen Entscheid sein Bewenden.
5.
Dem Ausgang des Verfahrens entsprechend hat der Beschwerdeführer die Gerichtskosten zu tragen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1.
Die Beschwerde wird abgewiesen.
2.
Die Gerichtskosten von Fr. 800.- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3.
Dieses Urteil wird den Parteien, der Pensionskasse Stadt Zürich, dem Versicherungsgericht des Kantons Aargau und dem Bundesamt für Sozialversicherungen schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 4. November 2016
Im Namen der I. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Maillard
Die Gerichtsschreiberin: Polla