Skriv en fortsættelse til dette afsnit - Ved Sommer-OL i 2016 vandt Sun en guldmedalje i 200 meter freestyle og en sølvmedalje i 400 meter freestyle. Ved at vinde 200 meter freestyle, blev han den første svømmer i historien til at vinde olympiske guldmedaljer i 200, 400, og 1500 meter freestyle begivenheder. Ved verdensmesterskaberne i 2017 vandt han sin første verdenstitel i 200 meter freestyle.
, sætter en ny asiatisk rekord. I 2018 vandt Sun guldmedaljer i alle freestyle-begivenheder (200, 400, 800 og 1500 meter) ved de asiatiske lege samt sølvmedaljer i to relay-begivenheder. I 2019 forsvarede han med succes sine titler i 200 og 400 meter freestyle-begivenheder ved verdensmesterskaberne. Han vandt sin fjerde titel i træk i 400 meter freestyle, den første og eneste svømmer at gøre det. Fra 2021 er Sun Yangs 1500 meter verdensrekord den eneste Mænds Individuelle Freestyle langbane verdensrekord opnået uden brug af den højteknologiske badetøj, der kontroversielt dominerede svømning sejre og rekorder i 2008-09 sæsoner.