Kesäkuussa 2021 hän pääsi edustamaan Kanadaa vuoden 2020 kesäolympialaisissa Tokiossa. Mac Neil kilpaili ensimmäistä kertaa osana Kanadan joukkuetta 4 × 100 m vapaata rataa, joka korvasi Ruckin tapahtuman finaaliin ja uimalla 53,47 sekunnin jakautuminen auttaakseen ottamaan hopeamitalin, Mac Neilin ensimmäisen olympiamitalin. Seuraavana päivänä Mac Neil kilpaili 100 metrin perhosen finaalissa.
Hän voitti kultamitalin 0,05 sekunnin etumatkalla kiinalaisesta Zhang Yufei'stä. Hän asetti uuden henkilökohtaisen ennätyksen. Hän oli ensimmäinen kanadalainen, joka voitti kultaa vuoden 2020 Tokion olympialaisissa. Mac Neil käyttää silmälaseja eikä hänellä ole piilolinssejä tai reseptilasit, joten hän ei voi nähdä tuloksia välittömästi, ja hän tarvitsi muutaman sekunnin keskittyä tuloslaudalle tajuaakseen voittaneensa kultaa. Kamerat keskittyivät hänen silmäilyilemiseensä tuloslaudalla, ja hän sanoi sen jälkeen: "Yritin vain silmäilyilemistä ja nähdä, mihin tulin. Kuulin, kun minua kutsuttiin, joten tiesin tehneeni jotain hyvää". Mac Neilin viimeinen kilpailu oli 4 × 100 m: n risteily, jossa hän teki 55,27: n ajan risteilyn ja Kanadan joukkue voitti pronssimitalin, Mac Neilin kolmannen olympialaisten.