Rampungake ukara ing ngisor iki: Ing Olimpiade Musim Panas 2016, Sun menang 200 meter gaya bebas kanthi wektu 1:44.65, ngrampungake 0.55 detik luwih dhisik tinimbang runner-up Chad le Clos. Iki minangka gelar internasional utama pertama Sun ing acara iki, lan dheweke dadi atlit Tionghoa pertama sing menang medali emas ing acara iki. Dheweke menang medali perak ing 400 meter gaya bebas kanthi wektu 3:41.68, rampung 0.13 detik ing mburi Mack Horton saka Australia. Sun rampung ing urutan kaping 16 ing babak kualifikasi
1500 meter gaya bebas, jam ing 15:01.97. Kanthi medali emas gaya bebas 200 meter lan medali emas gaya bebas 400 lan 1500 meter saka Olimpiade Musim Panas 2012, Sun dadi perenang pertama ing sejarah sing menang medali emas Olimpiade ing acara gaya bebas 200, 400, lan 1500 meter.