Fou la tercera ocasió que els Jocs Olímpics tenien lloc a la capital de la Gran Bretanya. Les anteriors s’esdevingueren el 1908 i el 1948 (IV i XIV Olimpíades de l’era moderna, respectivament). Durant el procés de selecció i nominació, competiren prèviament amb Moscou, Nova York, Madrid i París, ciutat juntament amb la qual fou finalista. El Comitè Olímpic Internacional anuncià la designació el 6 de juliol de 2005.
Hom dividí la ciutat en tres grans àrees amb les instal·lacions per als diversos esports: la Zona Olímpica, al districte de Stratford, la Zona Fluvial, al llarg del Tàmesi, i la Zona Central, distribuïda en diversos punts del Gran Londres.
La Zona Olímpica, amb el Parc Olímpic, comprenia la major part de les instal·lacions i els complexos de nova planta de dimensions més grans, construïdes a propòsit: la Vila Olímpica, l’Estadi Olímpic i el Centre d’Esports Aquàtics, entre altres. La Zona Fluvial i la Zona Central aprofitaven sobretot equipaments ja existents, els quals foren sovint remodelats.
Per a la competició d’uns pocs esports s’habilitaren seus fora de la ciutat: Dorney (canoa i rem), Hadleigh (ciclisme de muntanya), Waltham Cross (canoa) i Portland (vela).
Quant al transport, la xarxa de ferrocarril metropolità fou ampliada. Hom construí també una línia d’alta velocitat (Olympic Javelin) que unia la Zona Olímpica amb altres punts de la ciutat, i un telefèric (Emirates air cable) que unia les tres àrees olímpiques.
Un cop designada la ciutat, fou creat un Comitè d’Organització encapçalat per Sebastian Coe, amb l’objectiu de supervisar i guiar la planificació, la preparació i el desenvolupament dels Jocs.
Destacà el dispositiu de seguretat, significadament ampli i estricte en uns Jocs Olímpics, atès que un dia després de la designació de Londres hi tingué lloc al metro un atemptat terrorista (7 de juliol de 2007). Influïren també en el reforçament de la seguretat els avalots del 2011, que tingueren lloc durant les massives manifestacions contra les mesures anticrisi del Govern conservador.
La cerimònia d’obertura fou dissenyada i dirigida pel realitzador de cinema Danny Boyle. Posteriorment, entre el 29 d’agost i el 9 de setembre, se celebraren també a Londres els XIV Jocs Paralímpics.
En els Jocs hi participaren un total de 204 països, representats pels respectius comitès olímpics (llevat de tres de les Antilles Neerlandeses, ja que el comitè fou anul·lat el 2011 pel COI) i un representant del Sudan del Sud, Estat creat al juny del 2011. Uns 10.500 esportistes competiren en un total de 39 disciplines esportives. Els equips amb un major nombre de partcipants foren la Gran Bretanya (541), els EUA (530), Rússia (436), Austràlia (410), la Xina (396), Alemanya (392), i França (330).
La representació dels EUA fou la que guanyà més medalles (104, 46 de les quals foren d’or), seguida de la Xina (88, 38 d’or), Rússia (82, 24 d’or) i la Gran Bretanya (65, 29 d’or). El velocista Usain Bolt, el nedador Michel Phelps i la nedadora xinesa Ye Shiwen foren alguns dels esportistes més destacats dels Jocs de Londres.
Enquadrats dins l’equip espanyol, els esportistes catalans representaven un 35% del total espanyol (282). Cal destacar les actuacions del taekwondista Joel González (medalla d’or en la categoria de menys de 58 kg), de les nedadores Mireia Belmonte (medalla d’argent en 800 m lliures i 200 m papallona), i Ona Carbonell i Andrea Fuentes (medalla d’argent en modalitat duet de natació sincronitzada), a més dels equips de basquetbol (argent), waterpolo femení (argent) i natació sincronitzada (bronze), integrats majoritàriament per catalans.