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  這是日本首次舉辦奧運會,同時也是第一次在亞洲國家舉辦。這次奧運共有94個國家地區派出代表團參賽,但利比亞代表隊於奧運開幕禮後退出賽事,因此參賽國家數目實為93個。  南非因國內實行種族隔離政策亦在本屆奧運會開始被禁止參賽,直至1992年,當南非政府廢除隔離政策後,方才獲奧委會批准,於1992年巴塞羅那奧運當中亮相。印尼因支援中華人民共和國,反對中華民國參賽,而被國際奧委會開除會籍,為此,印尼拒絕參加本屆奧運會。

  日本東京原於1936年奪得1940年奧運會主辦權,但因為第二次世界大戰的爆發而放棄舉辦。戰後日本迅速復原,於1955年嘗試申辦1960年奧運會,但被義大利羅馬擊敗。  日本再接再厲,再次於1959年申辦1964年奧運會,最後成功擊敗比利時布魯塞爾、奧地利維也納、阿根廷布宜諾斯艾利斯及美國底特律,成為首個在舉辦奧運的亞洲國家。  申辦成功後,日本政府耗資達30億美元,用作興建運動場館,以及修建相關配套的基礎設施,如交通設施及供水系統。全世界首條商用的高速鐵路——東海道新幹線在奧運開幕前幾天啟用,首都高速道路與東京地下鐵系統也因應奧運的舉行而進行路網的大幅擴張。

  本屆奧運會開幕式的入場進行曲由古關裕而創作,主火炬點燃者為1945年8月6日廣島市原子彈爆炸當天出生於廣島縣三次市的。  因為東道主是日本的原因,柔道和排球第一次成為奧運比賽專案。日本在柔道專案一舉奪取三枚金牌,只在無差別級不敵荷蘭選手屈居銀牌。在女子排球專案上,日本延續其當年東洋魔女的神話,在決賽擊敗蘇聯奪得了金牌。在男子排球專案上也取得第三名的佳績,為其日後登上世界冠軍打下基礎。此外,日本男子體操隊成績也相當理想,除了擊敗蘇聯衛冕團體冠軍,也贏得4個單項冠軍,當中日本運動員遠藤幸雄便包辦了團體、個人全能及雙槓3面金牌。  其他國家方面,美國新晉游泳運動員唐·斯科蘭德,包辦了男子100米及400米自由泳,以及4乘100米及4乘200米自由泳接力共4個冠軍,成為該屆贏得最多金牌的選手。而美國田徑運動員鮑勃·海斯曾於100米預賽跑出破當時世界紀錄的9.9秒成績,但因超風速而不獲承認,惟最後仍在決賽跑出平世界紀錄的10秒勝出,並勝出其後的4乘100米接力跑。馬拉松比賽方面,則由比賽前6星期接受切除盲腸手術的衣索比亞運動員阿比比·比基拉輕易勝出,成為首個兩度取得奧運馬拉松金牌的選手。

  這次火炬接力的特色是首度經過多個亞洲城市。聖火傳遞路線全長26,065公里,歷時51天,途徑12個國家和地區,參與人數達5,244人,兩者均破當時紀錄。

  在奧運會結束後,中華民國代表團準備返回臺北的前兩天,射擊隊隊員馬晴山透過東京華僑總會尋求政治庇護,之後返回中國大陸的家鄉。另外,體育考察團攝影人員陳覺亦失蹤,至蘇聯駐日大使館尋求庇護,陳覺也要求前往中國大陸。
第十八屆夏季奧林匹克運動會(;;),又稱為1964年東京奧運,於1964年10月10日至10月24日在日本東京舉行。