ב-2016, ברנל התחרה במשחקים האולימפיים בריו, בתחרות שחיית המרתון, שהחלה בחוף קופקבאנה. בתחרות המים הפתוחים של 10 ק"מ של גברים
במשחקים האולימפיים של 2016, ברנל הודח משני כרטיסי צהוב בשל מגע לא הכרחי עם שחיינים אחרים, לאחר שנראה בתחילה כי סיים במקום החמישי בתמונה עם זוכת המדליה הברונזה מארק-אנטואן אוליבייה וזו ליג'ון. הכרטיס הצהוב השני הגיע קרוב לקו הסיום לאחר קרב עם אלוף האולימפיאדה המגן, אוסמה מלולי, שגם הוא קיבל כרטיס צהוב אבל בסופו של דבר סיים במקום ה-12. בראיון כועס לאחר המירוץ, ברנל טען שמלולי תפס את רגלו וזה אולי מנע ממנו לנצח, ואמר שהכרטיס הראשון על מגע מיותר הוענק כאשר לא היו שחיינים אחרים בסביבה. ערעורו של ברנל נגד החלטת השופטים לא היה מוצלח.