A 2016-os riói nyári olimpiai játékokon Hosszú aranyérmet nyert, és megdöntötte a 400 méteres egyéni felvonulás világrekordját
, aranyérmet nyert és megdöntötte az olimpiai rekordot a 200 méteres egyéni medleyben, és harmadik aranyérmet nyert a 100 méteres hátfutásban. Ezüstérmet nyert a 200 méter hátsó futásban is, az amerikai Maya DiRado mögött. Hosszú 3 aranyéremmel és 1 ezüstéremmel több érmet nyert egyéni versenyen, mint bármely más úszó a 2016-os nyári olimpiai játékokon.