En els Jocs Olímpics d'estiu de 2016 a Rio de Janeiro, va guanyar la medalla de bronze en la competició de 100 metres de borboleta.
amb un temps de 56.63. Vollmer també va competir en el releu d'estile lliure de 4×100 metres la mateixa nit, en el qual va nedar la tercera etapa amb una divisió de 53,18. L'equip dels Estats Units d'ella, Simone Manuel, Abbey Weitzeil i Katie Ledecky van guanyar la plata amb un temps rècord americà de 3:31.89. També va nadar en el releu de 4 x 100 metres, ajudant a l'equip dels EUA a guanyar la medalla d'or. La seva medalla d'or en el releu de medalló va ser la 1.000a medalla d'or per als Estats Units als Jocs Olímpics d'estiu.