Viết tiếp cho đoạn này - Peaty chỉ thi đấu ở 100 mét vây ngực trong các sự kiện cá nhân vì vây ngực 50 mét không phải là một sự kiện bơi lội Olympic tại Thế vận hội Mùa hè 2016 ở Rio de Janeiro. Trong vòng loại, Peaty đã phá vỡ kỷ lục thế giới của chính mình với thời gian 57,55 giây. Sau đó, anh đã giành chiến thắng trong bán kết và tiếp tục giành chiến thắng trong trận chung kết, phá vỡ kỷ lục thế giới mới mà chính anh đã thiết lập trong vòng loại, và giành huy chương vàng đầu tiên của Đội GB tại Thế vận hội 2016 vào ngày 7 tháng 8 năm 2016, giành chiến thắng với thời gian 57,13 giây. Ông đã giành được một huy chương bạc khác trong cuộc đua tiếp sức 4 × 100 mét
với Walker-Hebborn, Guy và Scott.