Ondanks de onbetrouwbare en niet-competitieve auto, reed Alonso voor McLaren in 2016 nadat hij Dennis had verteld dat hij geen sabbatical zou nemen. Hij zei dat hij gemotiveerd was om zijn vorm te verbeteren. Bij de eerste race van het seizoen, de, Alonso raakte het achterwiel van Esteban Gutiérrez's Haas op. Hij ondervond een laterale vertraging voordat de loop van zijn auto door 540 graden rolde en rustte. Een kleine pneumothorax op zijn long en kleine ribbreuken zorgde ervoor dat hij de Grand Prix van Bahrein miste.
Om medische redenen en werd vervangen door McLaren's reserve coureur Stoffel Vandoorne, die hij hielp. Alonso overtrof zijn teamgenoot Jenson Button vijftien keer en scoorde negen keer punten. Zijn hoogste finish was een paar vijfde plaatsen in de en de, en hij scoorde de snelste ronde van de. Alonso eindigde als tiende in het rijderskampioenschap met 54 punten, een duidelijke verbetering ten opzichte van 2016.