Der OAKA-Komplex im Nordosten der Athener City ist das Zentrum des Austragungskonzeptes. Die Olympiaorganisatoren haben sich aber auch der Historie besonnen. So wird der Marathonlauf auf seiner ursprünglichen Strecke zurückgelegt, das Straßenradrennen durchquert das historische Zentrum von Athen am Fuße der Akropolis, das Bogenschießen findet im Marmorstadium („Kallimarmaron“) von 1896 statt und die Kugelstoßer werden im antiken Olympia antreten.

OAKA, Athens Olympischer Sportkomplex:
Olympiastadion (Leichtathletik, Eröffnungs-, Abschlußfeier, Fussball Männerfinale)
Olympisches Tennis Zentrum
Olympiahalle (Basketball, Kunstturnen, Trampolinspringen)
Olympisches Schwimmsportzentrum
Olympisches Bahnradzentrum

Olympischer Sportkomplex Helliniko:
Olympisches Softballzentrum
Olympisches Baseballzentrum
Olympisches Hockeyzentrum
Sporthalle 1 (Basketball Vorrunde, Handball Finale)
Sporthalle 2 (Fechten)

Olympisches Kanu/Kajak Zentrum (Slalom)

Athen, Innenstadt: Straßenradsport
Marmorstadion: Bogenschiessen, Ziel Marathon

Olympischer Sportkomplex Faliro
Olympisches Beach-Volleyball-Zentrum
Sport-Pavilion (Handball, Vorentscheidung, Taekwondo)

Küstenzone:
Stadion des Friedens und der Freundschaft (Volleyball)
Agios Kosmas Segelzentrum
Olympiazentrum von Vouliagmeni (Radsport-Zeitfahren, Triathlon)

Schinias und Marathonas
Olympisches Rudern- und Kanuzentrum Schinias
Marathon (Start Marathonlauf)

Markopoulo
Olympisches Schiesszentrum
Olympisches Reitzentrum

Olympischer Komplex Goudi:
Sporthalle Goudi (Badminton)
Olympisches Zentrum für Modernen Fünfkampf

Olympiahalle Galatsi: Tischtennis, Rhytmische Sportgymnastik

Gewichtheberhalle Nikaia

Olympiahalle Ano Liossia: Judo, Ringen

Parnitha: Mountainbike

Olympiaboxhalle Peristeri

Fußball:
Pampeloponnisiako Stadion, Patras (Vorrunde)
Panthessaliko Stadion, Volos (Vorrunde)
Kaftanzoglio Stadion, Thessaloniki (Vorrunde)
Pankritio Stadium, Heraklion (Vorrunde)
Karaiskaki Stadium, Athen (Frauen Finale)