Írj folytatást erre a bekezdésre - A 2016-os nyári olimpiai játékokon Sun aranyérmet nyert a 200 méter szabad stílusban és ezüstérmet a 400 méter szabad stílusban. A 200 méteres szabadúszás győzelmével ő lett az első úszó a történelemben, aki olimpiai aranyérmet nyert a 200, 400 és 1500 méteres szabadúszáson. A 2017-es világbajnokságon megnyerte első világbajnoki címét a 200 méteres szabad stílusban.
, új ázsiai rekordot állított fel. 2018-ban Sun aranyérmet nyert az Ázsiai Játékok minden szabad stílusú eseményén (200, 400, 800 és 1500 méter), valamint ezüstérmet két röpkeversenyben. 2019-ben sikeresen megvédte címét a 200 és 400 méteres szabad stílusú versenyen a világbajnokságon. A 400 méteres szabadstílusban a negyedik egymást követő címet nyerte, az első és egyetlen úszó, aki ezt megtette. 2021-től Sun Yang 1500 méteres világrekordja az egyetlen férfi egyéni szabadúszó hosszú pályás világrekord, amelyet a csúcstechnológiás fürdőruha használata nélkül értek el, amely vitatott módon uralta az úszási győzelmeket és rekordokat a 2008-09 szezonban.