2016 m. Rio de Žaneire vykusiose vasaros olimpinėse žaidynėse Hosszú laimėjo aukso medalį ir sulaužė pasaulio rekordą 400 metrų individualų sprintą
, laimėjo aukso medalį ir sulaužė olimpinį rekordą 200 metrų individualiame medley ir laimėjo trečią aukso medalį 100 metrų nugaros lenktynėse. Ji taip pat laimėjo sidabro medalį 200 metrų bėgime į nugarą už amerikiečio Maya DiRado. Turėdama 3 aukso ir 1 sidabro medalius, Hosszú laimėjo daugiau medalių individualiose varžybose nei bet kuris kitas plaukėjas 2016 m. Vasaros olimpinėse žaidynėse.