Volvendo ao Santiago Bernabéu para a tempada 2016-17, a primeira aparición competitiva de Asensio tivo lugar o 9 de agosto, cando xogou os 120 minutos completos e marcou un esforzo de 25 metros nunha vitoria de 3-2.
contra os compañeiros españois Sevilla FC na Supercopa da UEFA. Fixo a súa primeira aparición na liga 12 días despois, anotando o segundo gol nun triunfo por 3 a 0 contra a Real Sociedad.