1966年4月26日，国际奥委会在罗马召开的第六十四届会议上，对第二十届奥运会会址进行了投票表决。申请主办的有加拿大的蒙特利尔，联邦德国的慕尼黑，西班牙的马德里和美国的底特律。在第一轮投票中，后两个城市被淘汰。经过第二轮表决，慕尼黑获胜，赢得了第二十届奥运会主办权。这是自罗马奥运会12年后奥运会又再次回到了欧洲召开。
慕尼黑，这个优美、宁静的城市，是联邦德国巴伐利亚的首府，博物馆、音乐剧院众多，但缺乏现代化体育设施。为了使奥运会顺利进行，筹委会花了6亿多美元，兴建了一个体育建筑群，内中包括一个可容8万观众的运动场，可供1-1万5千名运动员住宿的奥运会村，一个有1万观念席位的游泳馆、有1万3千个看台位的赛车场等。设施都很先进。主体场奥林匹克运动场别具一格，有一个半透明帐篷形屋顶，可使观众避免日晒雨淋。不少场馆的顶篷还是活动的，可以上下升降。如排球馆，原建高度为10米，因不符合国际排联关于馆高不得低于12.5米的规定，便临时升高了馆顶，运动会后又把它降到了原来的高度。田径场下面25厘米深处，敷设了管道，冷天可注入热水，增加场地的温度。
成绩检验使用了先进的电子计时器和有"投掷运动员魔镜"之称的激光测距仪。这些设备的特点是准确(如计时精度可达千分之一秒)、快速(几秒钟内可报告成绩)和自动化。其优点是跑表、皮尺无法比拟的。无怪人称慕尼黑奥运会是跑表、皮尺时代的结束。在这次比赛中，也确实令人信服地看到了电子设备的优越性。如男子400米个人混合泳第一名瑞典的贡？拉尔松，仅比第二名美国的蒂？麦基快千分之二秒；又如田径男子800米决赛中，美国达？沃特尔和苏联叶？阿尔扎诺夫同时撞线，但安装在终点的摄影机拍下的照片表明，沃特尔领先百分之一秒；再如射击，朝鲜李浩准在小口径步枪60发卧射中以599环破世界纪录，起初裁判只算了596环，后来经过一种首次使用的特殊仪器检查，确定成绩是599环，等等。
慕尼黑对这次新闻报道也很重视，进行了大量投资，设置了新闻中心、电视大楼、广播大楼。设备也很完善、先进。新闻中心有3台电子计算机，能提供5亿条资料，回答记者提出的各种各样的问题。还有63种不同键盘的打字机，供数千名记者使用。另有12台闭路电视机供记者观看各个现场比赛的实况。在太平洋、大西洋上空还设置了4个卫星转播站，几十个国家可收到大会实况转播。
本届帆船比赛，同1936年那届一样，在基尔港举行。大会组织者别出心裁，调来十多艘拖轮作为临时看台。总之，本届筹委会从场地设施、运动员住宿，到新闻传播等都耗费了巨额资金，作了精心的安排。大会开幕前夕，罗得西亚白人种族主义者的到来，引起了非洲国家强烈的不满。一些非洲国家庄重宣布，如果允许罗得西亚参赛，非洲则进行集体抵制。因事态愈演愈烈，国际奥委会不得不举行非常会议。8月22日，会议通过了取消罗得西亚参加资格的决定；大会还于8月23日接受了国际奥委会主席布伦戴奇的辞呈，选举了爱尔兰基拉宁勋爵为国际奥委会第六任主席，不过，本届有关仍由布伦戴奇主持，基拉宁任职从9月15日开始。运动会原订于1972年8月26日至9月10日举行。由于9月5日5名巴勒斯坦"黑九月"成员袭击奥运会村的以色列选手，造成了流血事件，大会被迫停办一天，顺延至9月11日结束。这在奥运会史上是第一次。
这一事件发生后，虽然大会仍于9月6日继续举行，但以色列及一些阿拉伯国家的代表因担心安全得不到保证，离开了慕尼黑。流血事件也引起了体育界人士的震惊，促使后来各届奥运会加强了安全保卫工作。
8月26日下午3时，大会举行了开幕式。联邦德国奥委会主席道默致欢迎词，布伦戴奇用德语发表了他在奥运会上的最后一次讲话，然后由联邦德国总统海涅曼正式宣布大会开幕。本届奥林匹克火炬于7月28日在希腊点燃，后由5976名运动员传递，经过29天零7小时传送到慕尼黑。
参加本届大会的国家和地区共121个，运动员7147人，其中女子1070人。苏联在1964、1968年两届接连失利，这次力图东山再起，派出了由411名运动员组成的庞大队伍，仅次于东道主联邦德国(421人)，居第二位。美国运动员数共394人，列第三。首次参赛的有阿尔巴尼亚、上沃尔特、加蓬、达荷美、莱索托、马拉维、多哥、沙特阿拉伯、斯威士兰和索马里。
朝鲜民主主义人民共和国也是第一次参加，但此前参加了1964、1972年两届冬季奥运会。
中国台湾派出63中男女运动员参加了田径、游泳、柔道、摔跤、拳击、举重、射击、射箭、帆船、自行车10个项目的比赛。
本届比赛项目除上届的18个大项外，又增加了上届取消了的柔道，恢复了多年来未举行的手球和射箭，大项总数达到21个。此后，1976、1980、1984年3届奥运会的大项一直未变，只是单项以后每届都有增加。本届东道主在皮划艇比赛中特别增设了障碍回旋赛(男女4个单项)。这种比赛，水流湍急，运动仅在本届举行过一次，以后未再列入。大会还增设了另一些单项，总数达195个。
慕尼黑田径赛的战果虽然远不如上届辉煌，但也有自己的"纪录"。鲍尔佐夫获短跑双料冠军，就是爆炸性新闻之一。
苏联男子短跑运动员瓦？鲍尔佐夫夺100米、200米跑两项金牌，是美国近40年(1932-1972)，继1960年罗马奥运会后第二次失利。不过，鲍尔佐夫取胜，并非完全意外。1969年，刚20岁(生于1949年10月)的鲍尔佐夫就跑出了10秒整的成绩，成为世界优秀短跑运动员之一。慕尼黑奥运会前9个月美国记者理查德？贝克在法国《队报》发表的一篇文章曾谈到，当前世界跑得最快的人是鲍尔佐夫。本届9月2日100米决赛时，鲍尔佐夫发挥很好，战胜了美国、牙买加等国名手，以较大优势(10秒14)取胜，果然不出赛前分析家的预料。而在两天后的200米比赛中，鲍尔佐夫取胜却有些偶然。赛前他的最好成绩才20秒7，仅排世界第十八位；而他的主要对手、美国的拉？布莱克的成绩为20秒整，居当时世界首位。岂料鲍尔佐夫这次跑出了超水平，竟以20秒整获得金牌。
4×400米接力赛，美国在预赛中失败，这是自1912年该项列入奥运会以来，美国第一次未能进入决赛。肯尼亚首次夺冠，但成绩(2分59秒8)比上届慢了近4秒。沉默多年的芬兰长跑，这次又卷土重来，战胜了当时田坛叱咤风云的非洲选手。23岁的拉？维伦再次为芬兰在世界树立了"长跑之国"的形象。他在10000米比赛中，以27分38秒4创世界纪录并获金牌，随后又在5000米赛中取胜。这是芬兰自柏林奥运会36年后又重新取得这样的成就。
上届在长跑比赛中出尽风头的非洲选手，这次接连受挫。但出人意外的是，乌干达的约翰？阿基一布阿获得了400米栏冠军，并以47秒82刷新了世界纪录。据说他从未受过跨栏专门训练，但喜爱在野外追猎野兔，有人风趣地说他之夺冠是靠追兔子练出来的本事。
美国在短跑、跨栏等项目中接连失利，但在马拉松赛中领略了数十年来久未有过的胜利喜悦。美国的弗？肖特获得了这个项目的桂冠。这是美国自1908年伦敦奥运会后再次赢得的金牌。由于田径及其他一些项目中的"意外"，评论家认为，慕尼黑的情况表明，一个国家无"永恒"的项目。
慕尼黑女子田径赛的特点是，欧洲囊括了全部金牌，昔日强手美国、澳大利亚均无所建树。而欧洲主要力量又集中在两个德国与苏联三家。本届获金牌最多的选手是民主德国的雷？施特歇尔和联邦德国的海？罗森达尔，她们各获两枚金牌和1枚银牌。年刚20的施特歇尔是当时短跑中的尖子人物，在100米、200米赛中连下两城。100米成绩11秒07，破世界纪录；200米成绩22秒40，平了我国台湾运动员纪政保持的世界纪录。她的1枚银牌是在4×100米接力赛中获得的。25岁的罗森达尔是跳远世界纪录保持者，短跑中的有数人物。她获得跳远和4×100米接力的两枚金牌，另在五项全能赛中得了银牌。
女子田径赛中另一引人注目的明星，是联邦德国的乌尔里希？迈法特。她在跳高比赛中获胜，成绩1.92米，平世界纪录。当时她年仅16岁(生于1956年3月)，是田径史上获奥运会金牌最年轻的选手。
女子1500米赛也值得一提。这是奥运会首次列入女子"长跑"项目。前七名运动员的决赛成绩都超过了赛前的世界纪录。其中突出的是获该项冠军的苏联选手柳？勃拉金娜。她在预、复、决赛中都刷新了世界纪录，成绩分别为4分06秒5、4分05秒1和4分01秒4。1500米跑比赛的情况，表明女子在中长跑中具有无限的潜力，为女子中长跑项目列入奥运会比赛奠定了基础。
与墨西哥奥运会形成鲜明对照的是，这次游泳取得了出色的成绩：30次破22项世界纪录(男女各11项，上届总共才5项)。成绩突出的当然要首推美国的马克？施皮茨。他在100米、200米自由泳(51秒22、1分52秒78)和100米、200米蝶泳(54秒27、2分00秒70)以及3个接力赛中均创造了世界纪录，共获7枚金牌，成为奥运会史上一届获金牌最多的运动员。加上上届得到的两枚金牌，他是继苏联拉蒂尼娜(体操)、芬兰鲁米(长跑)后奥运会史上第三个获9枚金牌的运动员。澳大利亚的沙？古尔德是本届游泳赛女选手中的强者。这位出生于斐济岛上的姑娘，当时还不足16岁(生于956年11月23日)。婴儿时期被沸水烫伤，开始只以游泳作为治疗手段，而此时却成为70年代泳坛的佼佼者。在这届奥运会上，她独得了3枚金牌(200米自由泳，2分03秒56；400米自由泳，4分19秒04；200米个人混合泳，2分23秒07)，还得1枚银牌(800米自由泳)和1枚铜牌(100米自由泳)，并且所获金牌的成绩都刷新了世界纪录。她被评为世界最佳运动员。日本游泳运动员田口信教和青木真弓分别在男子100米蛙泳(1分04秒94)和女子100米蝶泳(1分04秒94)和女子100米蝶泳(1分03秒34)中夺得了金牌，两人成绩都是世界新纪录。这是自1956年后日本再次在奥运会取胜，引起了泳坛人士的注意。
同游泳情况相似，本届举重成绩也大有起色。上届举重，1项世界纪录未破，这次有3个级别(56、67.5、75公斤级)的世界纪录被刷新。本届级别也有改变。自1952年始，举重一直固定为7个级别，这次分成了9个，增加了52公斤级，另将原90公斤以上级分成了110公斤和110公斤以上两个级。在这次比赛中，往昔称雄的苏联，碰上了新露锋芒的保加利亚，两国各获3枚金牌，而且保队还多得两枚银牌。保加利亚的崛起，预示着举重进入了保苏抗衡的年代。慕尼黑举重赛中，世界大力士、苏联的瓦西里？阿列克谢耶夫首次露面，气势逼人，以比第二名多30公斤的优势夺得110公斤以上级金牌。
摔跤级别在这次运动会上也有变化。自由式、古典式都新设了48公斤级，其他级别在体重上也作了相应调整，并将原先的特重量97公斤以上级分成了100、100公斤以上两个级。这样，在级别数上，古典式、自由式都由原先的8个级扩增为10个级。举重、摔跤级别的变化，表明这类项目分级更细致，更科学合理。著名自由式摔跤手、35岁的苏联老将亚历山大？梅德韦季，1964年在重量级赛中获冠，1968年和本届又在特重量级中两次夺魁，成为奥运会摔跤史上唯一三连冠的选手。他还在1962-1971年世界锦标赛中8次获得冠军。
联邦德国和英国在马术比赛中各得了2枚金牌。惹人注目的是联邦德国45岁的女骑手利？林森霍夫，她在盛装舞步骑术个人赛中，技压群"雄"，成为在这个男女混合项目中首次获奥运会金牌的女选手。林森霍夫是位老将，1956年她就曾在这个项目个人赛中获铜牌，团体赛中获银牌。24岁的英国玛丽？戈登一沃森，也是一位引人注目的人物。她与男队友合作，获得了三项赛团体金牌。此前，1970年，她在世界锦标赛该项赛中取胜，成为马术史上第一个世界女冠军。
本届球赛，颇多意外。手球是德国人的拿手项目。但这次重新列入奥运会比赛后，南斯拉夫却获得了冠军，而联邦德国只得了第六名。曲棍球是亚洲印度、巴基斯坦的"传统"项目，这次印、巴只分获了铜、银牌，而金牌得主却是联邦德国。这是亚洲人自1928年奥运会以来，首次输掉这个项目。女子排球苏联蝉联了冠军，男排结果却出人意外。日本为夺取本届冠军曾制订了一个八年规划。这次它在分组赛中未与上届冠军苏联相遇，而在复赛中，苏联又被民主德国淘汰。这就为日本最后夺得冠军创造了有利条件。苏联队只得了第三名。
自1936年男篮列入奥运会后，美国队一直稳居冠军宝座。这次却在有争议的最后3秒钟失去了金牌。比赛结束前3秒时，场上比分是49比48，苏联领先。但这时苏联犯规。美国罚中2球，反超1分。美国人欣喜若狂，以为大功告成。而苏联却抓住战机，在无人防守的情况下命中1球，结果以51：50取胜。美国抗议，他们认为罚球后比赛已经结束了。但这不成其为理由，美国只好自认倒霉。
日本在男子体操中继续保持优势，获得了包括团体、个人全能在内的5枚金牌。女子方面，捷克斯洛伐克的恰斯拉夫斯卡已经引退，以柳？图里舍娃、奥？科尔布特等组成的苏联队重又在奥运会上居优势地位，除蝉联团体冠军外，并获得个人全能(图里舍娃)、平衡木和自由体操(均为科尔布特)3枚金牌。民主德国卡？扬茨也是这次女子赛中的强者，在跳马和高低杠比赛中各得了1枚金牌，还在全能赛中得了银牌。慕尼黑奥运会，苏联获得了50枚金牌，27枚银牌，22枚铜牌，美国金、银、铜牌分别为33、31、30枚。这是苏联在上两届失利后，再次以金牌多数压倒美国。值得注意的是，这次列第三位的民主德国队，获得了金牌20枚，银、铜牌各23枚。民主德国从1956年起至本届止，总共参加了5届奥运会，如果将5届获奖情况作一对比(前三届是两个德国共同组队，此处只计其中民主德国所获奖牌数)，它的进步是相当惊人的。
60年代中期民主德国的体育水平并不很高，可是60年代末开始了飞跃。其进步原因，主要是对体育投资多，重视青少年运动员的培养工作，并加强了体育科学的研究。东道主联邦德国也取得了出色的成绩，获金牌13枚，银牌11枚，铜牌16枚，居第四位。
