Andika mwendelezo wa aya hii - Oleksiak angekimbia kwa timu ya kuogelea ya Canada katika Olimpiki ya Rio 2016 katika mbio tano. Ushindani wake ulianza siku ya kwanza. Katika joto la 100 m kipepeo
, alivunja rekodi ya kitaifa na rekodi ya ulimwengu ya vijana na wakati wa 56.73 njiani kwenda nusu fainali. Oleksiak pia anchored mguu wa mwisho wa wanawake 4 × 100 m freestyle relay timu na Taylor Ruck, Chantal van Landeghem, Sandrine Mainville, na Michelle Williams na mwisho tu kuogelea katika joto. Katika fainali ya tukio la relay alishikilia nafasi ya tatu dhidi ya Marekani na Australia, kushinda medali ya kwanza ya Olimpiki ya Canada katika wanawake freestyle relay katika miaka 40. Baada ya shindano hilo, kijana huyo mwenye umri wa miaka 16 alisema, "Hakuna mtu aliyetarajia kwamba Kanada ingeingia katika shindano hilo, lakini sasa kwa kuwa tuko hapa, watu watashangazwa na yale tunayofanya".