На Олімпійських ігорах 2016 року здобув три золоті нагороди, з яких дві в індивідуальних запливах і одна в естафеті.
8 серпня Мерфі встановив новий олімпійський рекорд 51.97 на дистанції 100 метрів на спині. 13 серпня з часом 51.85 став світовим рекордсменом на цій же дистанції, але виступаючи у складі естафетної команди 4x100 метрів комплексом.