201个国家奥委会代表团参赛，创造了纪录。共有301个奖牌项目（比2000年悉尼奥运会多一个）。
奥运会的受欢迎程度同样飙升，39亿人通过电视观看了奥运会，相比悉尼奥运会提升了3亿。全球观众欣赏了此前从未在奥运会赛场见过的比赛项目，如首次入奥的女子摔跤。
泳坛传奇举行迈克尔·菲尔普斯独得6枚金牌，斩获8枚奖牌的他创造了单届奥运会奖牌纪录。莱昂蒂安·奇尔亚德-范莫尔塞尔成为首位赢得四枚奥运金牌的女子自行车运动员，其奥运总奖牌数变为6枚。皮划艇名将比尔吉特·费舍尔成为首位征战五届奥运会且每届奥运会都斩获两枚奖牌的运动员。
长跑运动员希查姆·埃尔盖鲁伊赢得1500米和5000米金牌，女子方面凯莉·霍尔姆斯赢得800米和1500米冠军。团体比赛中，阿根廷以不失球的成绩赢得男足冠军，美国垒球队横扫众对手，得到51分的同时仅失1分。
参赛国数量: 201个
参赛运动员数量: 10625名（女子4329名，男子6296名）
竞赛项目数量: 301个
志愿者数量: 45000名
媒体数量: 21500
基里巴斯和东帝汶首次派运动员参加奥运会。东帝汶运动员在2000年悉尼奥运会时曾经以个人身份参赛。
尽管家乡战火不断，伊拉克足球队依然获得了奥运会参赛资格，最终闯进了半决赛。
飞碟射击运动员阿赫梅德·阿尔马克图姆为阿联酋赢得该国首枚奥运金牌。
举重运动员帕维那·通苏克成为泰国首位赢得奥运金牌的女子运动员，她斩获了75公斤级冠军。
男子81公斤级柔道，伊利亚斯·伊利亚迪斯为希腊赢得该国首枚奥运柔道金牌。
智利和中国赢得他们的首枚奥运网球奖牌，尼克拉斯·马苏和费尔南多·冈萨雷斯赢得男双冠军，马苏还赢得了单打金牌。中国金花李婷和孙甜甜斩获女双金牌。
击剑方面，女子佩剑首次亮相奥运赛场，美国选手玛丽埃尔·扎古尼斯斩获金牌。这是美国队历史上首次赢得击剑金牌。瑞士同样斩获本国奥运击剑首金，马塞尔·费舍尔赢得男子重剑金牌。
托马斯·比米斯和尼克拉斯·斯拉尼蒂斯在男子双人3米板比赛中爆冷，斩获希腊历史上首枚跳水金牌。
201个国家奥委会参加了开幕式入场仪式。按照传统，希腊代表团首先出场，东道主最后出场。因为希腊的双重身份，最终举重运动员皮罗斯·迪马斯率先入场，其它希腊运动员最后入场。
肯尼亚运动员横扫3000米障碍赛领奖台，埃泽凯尔·凯姆伯伊摘金、布里明·基普鲁斩银、保罗·K·科埃什夺铜。
马拉松比赛沿用1896年奥运会的同一条路线，从马拉松城开始，在雅典帕纳辛奈克体育场结束。巴西选手范德雷·德利马在距离比赛结束不到7公里时领跑，但是突然间，他被一位陌生人推出赛道。最终德利马没有放弃，收获铜牌。为了表彰他的奥林匹克精神，授予他皮埃尔·顾拜旦奖章。
铅球比赛在古代奥运会比赛场地奥林匹亚举行。
射箭比赛在举办过1896年奥运会的帕纳辛奈克体育场举行。
女子摔跤首次入围奥运会，有四个竞赛项目。日本女子摔跤手在每个项目上都有奖牌入账，法国和美国选手各斩获两枚奖牌。奥运女子摔跤首金得主是乌克兰选手伊力妮·梅尔丽妮，在48公斤级比赛中，她在轻松击败四位选手之后在决赛中经过经过平分搂抱先得分致胜，摘得金牌。