A 2016-os nyári olimpiai játékokon Murphy nyerte az aranyérmet a 100 és a 200 méteres hátfutáson. Murphy aranyérmet is nyert a 4×100 méteres medley-relében
Michael Phelps, Nathan Adrian és Cody Millerrel, és a hátsó röpködésével megdöntötte Aaron Peirsol korábbi világrekordját, amit 2009-ben állított fel.