Hosszú vandt guldmedaljen ved de olympiske lege i Rio de Janeiro i 2016 og slog verdensrekorden i den individuelle 400-meters løb
, vandt guldmedaljen og slog den olympiske rekord i 200-meter individuel medley, og vandt en tredje guldmedalje i 100-meter ryggløb. Hun vandt også sølv i 200-meter rygløb bag amerikaneren Maya DiRado. Hosszú vandt med 3 guldmedaljer og 1 sølvmedalje flere medaljer i individuelle arrangementer end nogen anden svømmer ved Sommer-OL 2016.