Перед началом Олимпиады в Мюнхене впервые построили метро, полностью реконструировали центр города, была заново создана система дорог. Новый комплекс спортивных сооружений состоял из олимпийской деревни на 10 тысяч жителей, олимпийского стадиона на 80 тысяч мест, дворца спорта, большого бассейна, велотрека на 13 тысяч мест и других спортивных залов и площадок. Специально для Игр был построен новый олимпийский стадион (Olympiastadion), необычный дизайн крыши которого напоминал паутину.

Большинство олимпийских объектов Мюнхена оснащались современными для того времени средствами срочной информации (электронно-вычислительные машины, табло, приборы измерений при помощи лазерного луча, множительная техника для печати пресс-бюллетеней и т. д.) Широко использовались возможности телевидения, благодаря которому Олимпийские игры смогли увидеть более миллиарда человек на всех континентах.

5 сентября 1972 года случилась небывалая трагедия в истории спорта. Террористы палестинской организации в 4 часа 30 минут сумели проникнуть в один из павильонов олимпийской деревни. Они захватили в заложники нескольких членов делегации Израиля, 11 из которых были впоследствии убиты, погиб и немецкий полицейский. Этот случай потряс весь мир, но игры решено было продолжить.

Перед советскими спортсменами стояла непростая задача, нужно было к 50-летию СССР завоевать 50 золотых медалей, превзойдя США. Они выполнили ее, выиграв ровно 50 наград высшей пробы, олимпийцы из США получили 33 медали. Всего же участники СССР получили на Летних Олимпийских играх 1972 года 99 медалей, из них 27 серебряных и 22 бронзовых.

Мужская сборная Советского союза по баскетболу впервые получила золотые медали, победив в напряженном матче сборную США. Две золотые медали остались за советскими боксерами: Вячеславом Лемешевым из Москвы и Борисом Кузнецовым из Астрахани. Борцы вольного стиля получили пять золотых медалей. Советские гимнастки показали себя на очень высоком уровне, завоевав несколько золотых медалей в различных соревнованиях. Все золотые медали в гребле на каноэ и байдарках и у женщин, и у мужчин достались советским гребцам. Соревнования XX летних Олимпийских игр показали высокий уровень подготовки всех участников. В ходе их проведения были установлены 94 олимпийских и 46 мировых рекордов.