Primoz Roglic var överlägsen i tempoloppet över 44,2 kilometer. Segermarginalen till tvåan Tom Dumoulin var över minuten, 1.01,39.
För den slovenske världsstjärnan är OS-guldet en stor revansch. För ett år sedan var han i ledning i Tour de France inför avslutningen bara för att se landsmannen Tadej Pogacar knäcka honom i tempoloppet på den näst sista etappen och ta totalsegern.
I årets Tour de France var Roglic en av favoriterna till totalsegern, men kraschade på den tredje etappen. Han bröt senare det klassiska etapploppet för att i stället fokusera på OS. Den strategin gav utdelning.
Roglic gjorde en slät figur i linjeloppet i lördags och såg ut att ha sparat sina krafter, medan flera av cyklisterna som var inblandade i tätstriden i det krävande loppet inte kunde mäta sig på tempot.
Storfavoriten, den belgiske tempospecialisten Wout van Aert, kom tvåa i linjeloppet i lördags och slutade nu först på sjätteplats.
Primoz Roglics guld är det första Slovenien tar i cykel. Det blev även brons i linjeloppet genom Tadej Pogacar.