Aux Jeux olympiques d'été de 2016, Chen et Lin ont remporté la médaille d'or au 10 m synchro avec une note globale de 496,98. Il a également remporté la médaille d'or dans l'épreuve de plate-forme de 10 m avec un score de 585,30. Sa victoire marque la première fois que la Chine remporte la médaille d'or olympique sur la plate-forme masculine de 10 m depuis les Jeux olympiques d'été de 2004 à Athènes. Plus tard cette année-là, la FINA a nommé Chen plongeur masculin de l'année.