מהלסינקי ועד מינכן
המשלחת הישראלית הראשונה השתתפה במשחקים בהלסינקי ב־1952. מאז השתתפה ישראל בכל משחקי הקיץ, מלבד מוסקבה 1980, שבהם הצטרפה לחרם של מדינות רבות. ב־1976 במונטריאול הייתה אסתר רוט־שחמורוב לישראלית הראשונה שהגיעה לגמר אולימפי, וסיימה במקום השישי בריצת 100 מטרים משוכות.
ארבע שנים קודם לכן, באולימפיאדת מינכן 1972, חדרו מחבלים פלסטינים למגורי המשלחת הישראלית ורצחו אחד־עשר מחברי המשלחת — ספורטאים, מאמנים ושופטים. הם נזכרים בכל משלחת ישראלית, ובטקס הפתיחה של משחקי טוקיו, שנערכו ב־2021, התקיימה לראשונה בטקס פתיחה אולימפי דקת דומייה לזכרם.
המדליות הראשונות: 1992–2008
בברצלונה 1992 זכתה הג׳ודוקאית יעל ארד בכסף — המדליה האולימפית הראשונה של ישראל — ויום אחר כך זכה אורן סמדג׳ה בארד בג׳ודו. באטלנטה 1996 זכה הגולש גל פרידמן בארד בגלישת רוח, ובסידני 2000 זכה מיכאל קולגנוב בארד בקיאק, 500 מטרים.
באתונה 2004 הגיע הרגע הגדול: גל פרידמן זכה במדליית הזהב הראשונה של ישראל, בגלישת רוח. באותם משחקים זכה אריק זאבי בארד בג׳ודו. בבייג׳ינג 2008 זכה שחר צוברי בארד בגלישת רוח, ובלונדון 2012 ישראל לא זכתה במדליה.
ריו וטוקיו: 2016–2021
בריו 2016 זכו שני ג׳ודוקאים בארד: ירדן ג׳רבי ואור ששון. משחקי טוקיו נדחו בשנה בגלל מגפת הקורונה ונערכו בקיץ 2021, והיו אז המוצלחים ביותר של ישראל עד אז — ארבע מדליות.
המתעמל ארטיום דולגופיאט זכה בזהב בתרגיל הקרקע, והמתעמלת לינוי אשרם זכתה בזהב בקרב־רב בהתעמלות אומנותית — הישראלית הראשונה שזכתה בזהב אולימפי. אבישג סמברג זכתה בארד בטאקוונדו, ונבחרת הג׳ודו זכתה בארד בתחרות הקבוצות המעורבת, שנערכה אז לראשונה.
פריז 2024 — שבע מדליות
בפריז 2024 זכתה ישראל בשבע מדליות — הכי הרבה באולימפיאדה אחת. תום ראובני זכה בזהב בגלישת כנף (iQFoil), ושרון קנטור בכסף באותו ענף אצל הנשים. ארטיום דולגופיאט הוסיף כסף בתרגיל הקרקע, ונבחרת ההתעמלות האומנותית — חמש מתעמלות — זכתה בכסף בקרב־רב קבוצתי.
בג׳ודו זכו ענבר לניר ורז הרשקו במדליות כסף, ופיטר פלצ׳יק בארד. בסך הכול: 4 מדליות זהב, 6 כסף ו־10 ארד — 20 מדליות, כולן במשחקי הקיץ. רוב המדליות באו מג׳ודו, מגלישה ומהתעמלות, ענפים שבהם ישראל השקיעה שנים במאמנים ובמרכזי אימון.