În aprilie 2016, McKeon a fost selectat în echipa australiană pentru Jocurile Olimpice de vară din 2016, care au avut loc în Rio de Janeiro, Brazilia. Fratele ei, David, a fost, de asemenea, selectat, ceea ce înseamnă că perechea a fost primul frate și sora care a înotat la Jocurile Olimpice pentru Australia de la John și Ilsa Konrads în 1960. La Jocurile Olimpice de Vară din 2016, ea a condus ștafeta de 4 × 100 de metri stil liber, care a câștigat o medalie de aur într-un timp record mondial de 3:30.65. McKeon a câștigat, de asemenea, o pereche de medalii de argint ca parte a cursei de 4 × 200 de metri stil liber și a cursei de 4 × 100 de metri medley. Ea a fost una dintre cele cinci medalie individuale australiene în înot la Rio, după ce a câștigat o medalie de bronz la 200 de metri stil liber cu un timp de 1:54.92. La 100 de metri fluture
, ea a terminat pe locul 6.