Viết tiếp cho đoạn này - Oleksiak sẽ thi đấu cho đội bơi lội của Canada tại Thế vận hội Rio 2016 trong năm cuộc đua. Cuộc thi bắt đầu từ ngày đầu tiên. Trong sức nóng của con bướm 100 m
, cô đã phá vỡ kỷ lục quốc gia và kỷ lục trẻ thế giới với thời gian 56,73 trên đường đến bán kết. Oleksiak cũng neo chân cuối cùng của đội tiếp sức 4 × 100 m tự do nữ với Taylor Ruck, Chantal van Landeghem, Sandrine Mainville và Michelle Williams với người sau chỉ bơi trong nhiệt. Trong trận chung kết của cuộc thi tiếp sức, cô giữ vị trí thứ ba trước Hoa Kỳ và Úc, giành huy chương Olympic đầu tiên của Canada trong cuộc thi tiếp sức tự do nữ trong 40 năm. Sau cuộc đua, cậu bé 16 tuổi nói, "Không ai thực sự mong đợi Canada tham gia cuộc đua này, nhưng bây giờ chúng tôi ở đây, mọi người sẽ ngạc nhiên về những gì chúng tôi làm".