Els Estats Units encapçalaren el medaller amb 103 medalles, 35 d’or, 39 d’argent i 29 de bronze. L’esport xinès, compromès amb la cita olímpica de Pequín 2008, fou segon amb 63 medalles, 32 de les quals d’or. L’esportista més destacat fou el nedador dels Estats Units Michael Phelps, amb sis medalles d’or i dues de bronze, que s’apropà al rècord de Mark Spitz del 1972 a Munic (set medalles d’or). En els 200 m lliures tingué lloc el millor duel esportiu entre Phelps, Ian Thorpe, que en fou el campió, i l’holandès Pieter van den Hoogenband. A l’estadi olímpic els atletes més destacats foren Hicham el-Guerrouj, campió dels 1.500 m i dels 5.000 m; Kelly Holmes, campiona dels 800 m i dels 1.500 m; Kenenisa Bekele, campió dels 10.000 m, i el xinès Liu Xiang, que igualà el rècord del món en els 110 m tanques. En els esports d’equip el triomf més espectacular fou el de la selecció argentina de bàsquet. En total, 18 esportistes donaren positiu en el control antidopatge. Després dels Jocs se celebraren, també a Atenes, els Jocs Paralímpics. Durant tots aquests mesos hi hagué una gran preocupació per la seguretat de totes les delegacions ja que es temia un possible atac terrorista a causa del fet que la guerra de l’Iraq estava en plena vigència. L’OTAN féu un desplegament especial i finalment no es produí cap incident.