Escriu una continuació per a aquest paràgraf - En els Jocs Olímpics d'estiu de 2016, Sun va guanyar una medalla d'or en els 200 metres d'estil lliure i una medalla de plata en els 400 metres d'estil lliure. En guanyar els 200 metres d'estil lliure, es va convertir en el primer nadador de la història en guanyar medalles d'or olímpiques en els 200, 400 i 1500 metres d'estil lliure. Al Campionat del Món de 2017, va guanyar el seu primer títol mundial als 200 metres d'estil lliure.
, establint un nou rècord asiàtic. El 2018, Sun va guanyar medalles d'or en tots els esdeveniments d'estil lliure (200, 400, 800 i 1500 metres) als Jocs Asiàtics, així com medalles de plata en dos esdeveniments de relleu. El 2019, va defensar amb èxit els seus títols en els 200 i 400 metres d'estil lliure als Campionats del Món. Va guanyar el seu quart títol consecutiu als 400 metres d'estil lliure, el primer i únic nadador que ho va fer. A partir de 2021, el rècord mundial de 1500 metres de Sun Yang segueix sent l'únic rècord mundial d'estilu lliure individual masculí de llarg recorregut aconseguit sense l'ús del bany d'alta tecnologia que va dominar les victòries i els rècords de natació en les temporades 2008-09.