En els Jocs Olímpics d'estiu de 2016, Murphy va guanyar les carreres de l'esquena guanyant medalles d'or en els dos 100
- i els 200 metres a l'esquena. Murphy també va guanyar una medalla d'or en el releu de 4×100 metres amb Michael Phelps, Nathan Adrian i Cody Miller, i la seva volta de releu a l'esquena va trencar l'anterior rècord mundial d'Aaron Peirsol establert el 2009.