Gronkowski nel 2016 saltò le prime due gare della stagione per un problema al tendine del ginocchio e fu limitato nelle successive due dallo stesso.<ref>http://www.nfl.com/news/story/0ap3000000715888/article/rob-gronkowski-hamstring-has-obviously-limited-me</ref> Contro i [[Buffalo Bills]] nella settimana 8 segnò il suo 69º touchdown nella stagione regolare, il 68º su ricezione, battendo il record di franchigia detenuto in precedenza da [[Stanley Morgan]].<ref>{{Cita web|url=http://boston.cbslocal.com/2016/10/30/rob-gronkowski-sets-patriots-franchise-record-with-69th-touchdown/|titolo=Rob Gronkowski Sets Patriots Franchise Record With 69th Touchdown |accesso=30 ottobre 2016}}</ref> Nella settimana 10 contro i Seahawks subì un duro colpo al petto da [[Earl Thomas]] che lo tenne fuori gioco nella gara successiva.<ref>{{Cita web|titolo=Rob Gronkowski suffered possible punctured lung |url=http://www.nfl.com/news/story/0ap3000000739824/article/rob-gronkowski-suffered-possible-punctured-lung |autore=Rosenthal, Gregg |sito=NFL.com |data=14 novembre 2016 |accesso=6 febbraio 2017}}</ref> Nella settimana 12 contro i Jets subì un infortunio alla schiena che richiese un intervento chirurgico, andando a chiudere lela sua stagione, nella quale i Patriots conquistarono il [[Super Bowl LI]] contro gli [[Atlanta Falcons]].<ref>{{Cita web|titolo=Rob Gronkowski to undergo back surgery Friday |url=http://www.nfl.com/news/story/0ap3000000749361/article/patriots-gronkowski-to-undergo-back-surgery-friday?campaign=Twitter_atn |autore=Patra, Kevin |sito=NFL.com |data=1º dicembre 2016}}</ref><ref>{{Cita web |titolo=Update on Rob Gronkowski |url=http://www.patriots.com/news/2016/12/01/update-rob-gronkowski |sito=Patriots.com |4=date1º dicembre 2016 |accesso=6 febbraio 2017 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20161203061207/http://www.patriots.com/news/2016/12/01/update-rob-gronkowski |dataarchivio=3 dicembre 2016 |urlmorto=sì }}</ref><ref>{{cita news |url= http://www.gazzetta.it/Sport-Usa/Nfl-football/06-02-2017/sport-usa-nfl-brady-rimonta-leggenda-manita-patriots-super-bowl-180713855214.shtml |titolo= Sport Usa, Nfl: Brady, rimonta da leggenda. Manita Patriots al Super Bowl |editore= gazzetta.it |data= 6 febbraio 2017 | accesso= 6 febbraio 2017 }}</ref> Fu ufficialmente inserito in lista infortunati il 3 dicembre.<ref>{{Cita web |titolo=Patriots place TE Rob Gronkowski on Injured Reserve; Sign RB DJ Foster to the 53-man roster |url=http://www.patriots.com/news/2016/12/03/patriots-place-te-rob-gronkowski-injured-reserve-sign-rb-dj-foster-53-man-roster |sito=Patriots.com |data=3 dicembre 2016 |accesso=6 febbraio 2017 |urlarchivio=https://web.archive.org/web/20161204155028/http://www.patriots.com/news/2016/12/03/patriots-place-te-rob-gronkowski-injured-reserve-sign-rb-dj-foster-53-man-roster |dataarchivio=4 dicembre 2016 |urlmorto=sì }}</ref><ref>{{Cita web|titolo=Patriots officially place Rob Gronkowski on IR |url=http://www.nfl.com/news/story/0ap3000000750132/article/patriots-officially-place-rob-gronkowski-on-ir?campaign=tw-nf-sf44743935-sf44743935 |sito=NFL.com |autore=Shook, Nick |data=3 dicembre 2016}}</ref>
