2016 m. Rio de Žaneire vykusiose olimpinėse žaidynėse Felixas iš viso laimėjo devynis medalius: šešis auksus ir tris sidabrinius, lyginant Jamaikos legendos Merlene Ottey rekordą dėl daugiausiai olimpinių medalių, laimėtų moterų lenktynių ir lauko sportininkų, nors dauguma Ottey medalių kolekcijos susideda iš individualių medalių. Felixo viltis laimėti 400 metrų olimpinio aukso medalį atsirado netrukus po to, kai ji pralaimėjo 0,07 Bahamų Shaunae Miller, kuri teisėtai, bet prieštaringai nusileido per finišo liniją, kai Felix greitai uždarė atstumą. Felixas atsigavo po nusivylimų ir laimėjo du aukso medalius su JAV 4 × 100 metrų
ir 4 × 400 metrų stotelės komandos. 4 × 100 metrų švaisto pergalė sukėlė daug ginčų, nes JAV komanda iš pradžių buvo diskvalifikuota pusfinalo metu, kai Felixas paliko batoną per perdavimo bandymą anglų Gardnerui. Tačiau repeticijos parodė, kad kaimyninėje juostoje esanti brazilė sprinterė pasuko ranką ir netyčia užkėlė kliūtį Felikui prieš pradžią, dėl ko ji prarado pusiausvyrą. Po to, kai apeliacija buvo priimta, "Team USA" kitą dieną buvo apdovanota vienintele. Sėkmingai pasibaigus laikrodžiui, Felix ir jos komandos draugai pasiekė finalą, kur jie laimėjo per 41,01 sekundę, antrą greičiausią 4 × 100 metrų švaisto laiką istorijoje.