慕尼黑作为主办城市，以“和平与欢乐”为主题，投入巨资建设了现代化的奥运场馆群，包括可容纳8万观众的慕尼黑奥林匹克体育场、奥运村及多个专项比赛场馆。其中，奥林匹克体育场的帐篷式屋顶设计成为当时建筑技术的典范，至今仍是慕尼黑的地标性建筑。
本届奥运会共吸引了来自121个国家和地区的7147名运动员参赛，设置了23个大项、195个小项的比赛，项目数量创当时奥运会历史新高。赛事涵盖田径、游泳、体操、足球等传统项目，同时首次引入了羽毛球作为表演项目，为后续成为正式比赛项目奠定基础。
在竞技成绩方面，苏联代表团以50枚金牌、27枚银牌、22枚铜牌的成绩位居奖牌榜首位，美国和民主德国分列第二、三位。东道主联邦德国凭借主场优势获得13枚金牌，位列奖牌榜第四。本届奥运会还诞生了多项世界纪录，其中美国游泳选手马克·施皮茨一人独得7枚金牌，并打破7项世界纪录，成为该届赛事最耀眼的明星。
尽管赛事期间发生了令人痛心的“慕尼黑惨案”，但组委会迅速调整并确保了后续比赛的顺利进行。奥运会后，慕尼黑奥运场馆被改造为市民体育休闲中心，奥林匹克公园成为集体育、文化、娱乐于一体的公共空间，持续服务于当地社会。
作为冷战时期东西方运动员同场竞技的重要平台，第二十届奥运会在促进国际体育交流方面发挥了积极作用，也让世界看到了德国在战后重建与发展中的活力。