На Играх в Рио спортсменка выступала в беге на дистанции 800 метров. Арзамасова легко прошла сито предварительного раунда, выйдя в полуфинал со временем 1:58.44. В полуфинальном забеге белоруска показала время 1:58.87 и прошла в финал. В решающем забеге спортсменка стала лишь седьмой с результатом 1:59.10.

Марина Арзамасова — чемпионка мира 2015 года. Также в активе спортсменки золото чемпионата Европы 2014 года.