I de olympiske lege i 2016 vandt Murphy guldmedaljer i både 100 og 100 meter.
- og 200-meter ryggløb. Murphy vandt også en guldmedalje i 4×100-meter medley-stafetten med Michael Phelps, Nathan Adrian og Cody Miller, og hans rygslagstafetten brød Aaron Peirsols tidligere verdensrekord i 2009.