Asensio on palannut Santiago Bernabéu -stadionille kaudella 2016/17, ja hänen ensimmäinen kilpailuilmoituksensa oli 9. elokuuta, jolloin hän pelasi koko 120 minuuttia ja teki 25-metrin ponnistuksen
3-2 voitto Sevilla FC:tä vastaan UEFA:n Supercupissa. Hän teki ensimmäisen liigan starttinsa 12 päivää myöhemmin, kun hän teki toisen maalin Real Sociedadin 3-0 voitossa.