Fuldfør følgende sætning: Ved Sommer-OL 2016 vandt Sun 200 meter freestyle med en tid på 1:44.65, og sluttede 0,55 sekunder foran andenpladsen Chad le Clos. Det var Suns første store internationale titel i denne begivenhed, og han blev den første kinesiske atlet til at vinde en guldmedalje i denne begivenhed. Han vandt en sølvmedalje i 400 meter freestyle med en tid på 3:41.68, der sluttede 0.13 sekunder bag Mack Horton fra Australien. Sun sluttede som nummer 16 i kvalifikationsrunde af
1500 meter freestyle, klokken på 15:01.97. Med sin guldmedalje på 200 meter freestyle og sine guldmedaljer på 400 og 1500 meter freestyle fra Sommer-OL i 2012 blev Sun den første svømmer i historien til at vinde olympiske guldmedaljer på 200, 400 og 1500 meter freestyle.