Atenas fez uma bonita combinação entre tradição e modernidade para sediar os Jogos que custaram cerca de 9 bilhões de euros. A cidade de Maratona recebeu a largada da prova que leva o nome da cidade. Os corredores repetiram o trajeto feito pelo herói grego Fidípides há cerca de 2.500 anos. A chegada das provas e as competições de tiro com arco ocorreram no Estádio Panathinaiko, palco principal dos Jogos de 1896. Ao lado desses tradicionais locais de competição, foram construídas modernas instalações, como o Estádio Olímpico, que foi reformado para receber o atletismo, a final do futebol e as cerimônias de abertura e encerramento.
Os primeiros Jogos após o atentado de 11 de setembro, em Nova York, correram tranquilamente, apesar de especialistas terem apontado várias falhas de segurança. As obras foram entregues com atraso. No dia da Cerimônia de Abertura funcionários ainda trabalhavam.
O Brasil poderia ter vencido a maratona caso um maluco não tivesse invadido a prova e agarrado Vanderlei Cordeiro de Lima. O fundista brasileiro liderava a corrida que encerra a Olimpíada quando, na altura do 36º dos 42 quilômetros do percurso, ele foi atacado por um fanático religioso irlandês chamado Cornelius Horan. O brasileiro foi empurrado para fora da pista por Cornelius e jogado contra os torcedores. Apesar do susto, Vanderlei voltou para a prova, mas, com o tempo perdido no imprevisto, acabou ultrapassado pelo italiano Stefano Baldini e, depois, pelo norte-americano (nascido na Eritreia) Mebrahtom Keflezighi. Vanderlei, entretanto, manteve a terceira posição e, assim, ficou com a medalha de bronze. A recuperação e o espírito esportivo lhe valeram a medalha Pierre de Coubertin. O prêmio, um dos mais importantes concedidos pelo Comitê Olímpico Internacional (COI), é dedicado aos atletas que valorizam o esporte mais do que o própria vitória.
No hipismo, o brasileiro Rodrigo Pessoa terminou os Jogos em segundo lugar. Entretanto, após a vitória do irlandês Cian O´Connor, seu cavalo, Waterford Crystal, testou positivo em sua urina para sedativos banidos. Iniciou-se, então, um longo e controverso processo investigativo, que culminou na perda do ouro. Rodrigo Pessoa, então, foi considerado o campeão olímpico de Atenas, tendo recebido a medalha um ano após os Jogos.
A canoísta alemã Birgit Fischer se tornou a primeira atleta em qualquer esporte a faturar duas medalhas em cada uma das cinco edições dos Jogos Olímpicos. Ela ganhou dois ouros em Moscou-1980 (pela Alemanha Oriental), participou do boicote dos países da chamada "Cortina de Ferro" em Los Angeles-1984, depois levou um ouro e uma prata em Seul-1988, um ouro e uma prata em Barcelona-1992, um ouro e uma prata em Atlanta-1996, dois ouros em Sydney-200 e um ouro e uma prata em Atenas-2004.
Duas das maiores esperanças gregas de medalha fugiram, literalmente, das disputas e frustraram milhões de torcedores. Kostas Kenteris, que buscaria o bicampeonato nos 200m rasos, e Katerina Thanou, prata nos 100m rasos em Sydney-2000, se negaram a fazer exames antidoping antes do início dos Jogos. Eles acabaram sofrendo um acidente de moto durante a fuga e juraram ser inocentes. Kenteris, inclusive, era cotado para acender a pira olímpica na Cerimônia de Abertura.