女子足球和男子足球项目在8月11日提前举行预赛。8月12日的射箭女子排位赛中，韩国选手朴成贤以682环的成绩，打破了意大利选手维利瓦创造的679环的世界纪录。这也是本届奥运会的第一项世界纪录。

在8月14日的女子10米气步枪决赛中，中国选手杜丽以总成绩502.0环夺得金牌，这是本届奥运会所产生的第一枚金牌。杜丽的成绩同时还创造了新的奥运会纪录。

在8月15日的柔道男子次轻量级（66公斤）比赛中，被人看好的夺冠热门伊朗运动员米雷斯麦里由于在分组抽签时，与以色列选手阿胡德·瓦克斯分到了一起，媒体报道为了表示对以色列的抗议和对巴勒斯坦的支持，米雷斯麦里退出了本次比赛。同日男子單槓决赛有10名选手进入，这在奥运会的历史上是第一次。因为按照规定，單槓成绩最好的8名选手将有资格进入單槓决赛。但是德国的哈姆布琛、韩国的梁泰荣以及乌克兰的冈查里夫3名队员并列第8位，国际体操联会经过审议，决定按照规程让这三名队员同时获得决赛资格。

2004年夏季奥林匹克运动会田径比赛在8月18日开幕。比赛被刻意安排在古雅典竞技场内进行，新加坡女子铅球运动员张桂容被安排在第一个出场比赛，成为有史以来第一个在此比赛的女运动员。

在8月19日的比赛中，美国运动员佩尔索尔在男子200米仰泳比赛中第一个抵达终点，但赛后佩尔索尔因技术犯规被取消了比赛成绩，原来排名第二位的奥地利人罗根幸运的获得金牌。但是随后美国代表团上诉很快成功，国际奥委会技术委员会认为"有关犯规细节没有正确填写"，金牌又重新回到了他手中。

在8月26日的比賽中，中華台北跆拳道選手陳詩欣、朱木炎分別於女子49公斤級、男子58公斤級項目奪得金牌，為中華台北奧運史上首兩面金牌。

在8月27日的比賽中，中國選手劉翔參加之男子110米欄項目中，以12秒91的成績平世界紀錄，此世界紀錄為13年前之破，並同時打破12秒95的奧運會紀錄。此項目也為中國第一次在男子田徑比賽中得到金牌。此前，亞洲选手在奥运会男子田径项目中，仅有中華民國選手杨传广在1960年夏季奥运会获十项全能银牌，及中華人民共和國選手朱建华在1984年夏季奥运会获跳高铜牌的记录。

游泳运动员菲尔普斯在奥运会开幕前曾对媒体声称自己能一人夺取8面金牌，但他在本届奥运会上只得到了6面金牌与2面铜牌。虽然他的“豪言”没有被实现，但他仍然是本届奥运会上得到金牌数最多的运动员。

本屆奧運是首次在閉幕典禮中進行頒獎儀式，是次奧運男子馬拉松比賽特意把賽事安排於最後一日舉行，而頒獎典禮由比賽後舉行，改為於閉幕儀式上進行，以示作為一個傳承，並成為以後男子馬拉松比賽於閉幕儀式上進行頒獎禮的不成文慣例。