1966年4月26日，国际奥委会在罗马召开的第64届会议上，对第20届奥运会会址进行了投票表决。申请主办的有加拿大的蒙特利尔、联邦德国的慕尼黑、西班牙的马德里和美国的底特律。在第一轮投票中，后两个城市被淘汰。经过第二轮表决，慕尼黑获胜，赢得了第二十届奥运会主办权。这是自罗马奥运会12年后奥运会再次回到欧洲举行。
大会开幕前夕，罗得西亚白人种族主义者的到来，引起了非洲国家强烈的不满。一些非洲国家宣布，如果允许罗得西亚参赛，非洲则进行集体抵制。因事态愈演愈烈，国际奥委会不得不举行非常会议。8月22日，会议通过了取消罗得西亚参加资格的决定；大会还于8月23日接受了国际奥委会主席布伦戴奇的辞呈，选举了爱尔兰的基拉宁勋爵为国际奥委会第六任主席。不过，本届奥运会的有关活动仍由布伦戴奇主持，基拉宁任职从9月15日开始。
慕尼黑奥运会原定于1972年8月26日至9月10日举行。由于9月5日5名巴勒斯坦“黑九月”成员袭击奥运村的以色列选手，造成了流血事件，大会被迫停办一天，顺延至9月11日结束。这在奥运会史上是第一次。这一事件发生后，虽然大会仍于9月6日继续举行，但以色列及一些阿拉伯国家的代表因担心安全得不到保证，离开了慕尼黑。流血事件也引起了体育界人士的震惊，促使后来各届奥运会加强了安全保卫工作。
本届比赛项目除上届的18个大项外，又增加了上届取消了的柔道，恢复了多年来未举行的手球和射箭，大项总数达到23个。此后，1976、1980、1984年3届奥运会的大项一直未变，只是单项以后每届都有增加。本届奥运会东道主在皮划艇比赛中首次增设了障碍回旋赛（男女4个单项）。大会还增设了另一些单项，使小项总数达195个。此外，还将羽毛球和滑水列为表演项目。
8月26日下午3时，大会举行了开幕式。联邦德国奥委会主席道默致欢迎词，布伦戴奇用德语发表了他在奥运会上的最后一次讲话，然后由联邦德国总统海涅曼正式宣布大会开幕。本届奥运会圣火于7月28日在希腊奥林匹亚点燃，后由5976名运动员接力传递，经过29天零7小时传送到慕尼黑。在大会开幕式上，由1500米跑世界青年冠军冈特尔-扎恩点燃了火炬台。东道主的田径选手海蒂-舒勒尔代表运动员进行了宣誓。而代表裁判员宣誓的是联邦德国的马术裁判海因茨-波雷。
与墨西哥城奥运会形成鲜明对照的是，这次游泳取得了出色的成绩：30次破22项世界纪录（男女各11项，上届总共才5项）。成绩突出的当然要首推美国的马克-施皮茨。他在100米、200米自由泳（51秒22、1分52秒78）和100米、200米蝶泳（54秒27、2分00秒70）以及3个接力赛中均创造了世界纪录，共获7枚金牌，成为奥运会史上一届获金牌最多的运动员。加上上届得到的两枚金牌，他是继苏联拉蒂尼娜（体操）、芬兰努米（长跑）后，奥运会史上第三个获9枚金牌的运动员。
本届球类比赛颇多意外。手球是德国人的拿手项目。但这次重新列入奥运会比赛后，南斯拉夫却获得了冠军，而联邦德国只得了第六名。曲棍球是亚洲印度、巴基斯坦的“传统”项目，这次印、巴只分获了铜、银牌，而金牌得主却是联邦德国。这是亚洲人自1928年奥运会以来，首次输掉这个项目。
女子排球苏联蝉联了冠军，男排结果却出人意外。日本为夺取本届冠军曾制订了一个八年规划。这次它在分组赛中未与上届冠军苏联相遇，而在复赛中，苏联又被民主德国淘汰。这就为日本最后夺得冠军创造了有利条件。苏联队只得了第三名。
本届奥运会于1972年9月11日闭幕。苏联获得了50枚金牌，27枚银牌，22枚铜牌，美国金、银、铜牌分别为33、31、30枚。这是苏联在上两届失利后，再次在金牌榜上压倒美国。值得注意的是，这次列第三位的民主德国队，获得了金牌20枚，银、铜牌各23枚。民主德国从1956年起至本届止，总共只参加了5届奥运会，但她的进步是相当惊人的。60年代中期民主德国的体育水平并不很高，可是60年代末开始了飞跃。其进步原因，主要是对体育投资多，重视青少年运动员的培养工作，并加强了体育科学的研究。
慕尼黑惨案玷污五环旗
本届奥运会进行到9月5日，突然发生了一起震惊世界的“慕尼黑大血案”。8名全副武装的巴基斯坦“黑九月”恐怖分子，趁着漆黑的夜色，突然闯入奥运村以色列代表团驻地。以色列举重教练、运动员约瑟夫-罗曼被杀害。恐怖分子劫持了以色列9名运动员和两名教练作为人质，提出在上午9点前，释放关押在以色列监狱的256名巴勒斯坦政治犯的要求。以色列政府拒绝了释放政治犯的要求，但同意考虑埃及将人质转移到开罗再进行谈判的建议。与此同时，国际奥委会也授权国际奥委会埃及委员艾哈迈德-图尼与恐怖分子谈判：在释放人质条件下，保证恐怖分子安全离境，并支付他们巨额资金。但遭到拒绝。晚10时许，西德同意“黑九月”的撤离要求，用直升飞机将恐怖分子和人质运往斯滕费尔德布鲁机场，然后转机离境。警方原拟乘换机之机，营救人质，但未成功，9名人质全部丧生。8名恐怖分子也被消灭。西德在这次营救中也牺牲了1名警察和1名飞行员。在象征和平的奥运会上，发生这样的流血事件，令人痛心。大会被迫停办一天，使原拟9月10日闭幕的奥运会，延期至9月11日，这在奥运会历史上还是第一次。“慕尼黑大血案”作为奥运会上恐怖的一页，被永远载入奥运会史册，并促使以后的奥运会主办国加强了安全警卫工作。
花絮
转败为胜
在篮球冠军争夺战中，美苏两强狭路相逢，比分交替上升。在离整场比赛结束还差3秒时，美苏的比分为50∶49，美国队以1分的优势稍稍领先。此时，时间还剩1秒，苏联队教练在柯林斯开始罚第二个球时请求暂停。根据当时的规则，苏联队的请求未被批准。正当美国队要为再次夺冠在望而欢呼时，国际篮联秘书长琼斯插入宣布，苏联队教练请求的暂停有效，最后3秒重打。美国队无奈，只得服从。苏联队眼看无望，中锋别洛夫来了个远距离投篮，球刚出手，锣声再次敲响，篮球在空中划了一条弧线，应声入篮。戏剧性的场面出现了，苏联队在最后1秒转败为胜。美国队提出抗议，但14小时后，抗议被否决，为此，美国队拒绝接受银牌，他们认为自己才时金牌真正的得主。
迟到的代价
本届奥运会美国有两名9秒9的百米纪录保持者哈特和罗伯逊很有希望夺冠，他们在进行了100米预赛后，便和队友泰勒回奥运村休息。下午4时左右，他们还在休息室里看电视，突然屏幕上播出百米比赛的镜头，开始他们以为是重播上午的比赛，等到弄明白是下午的复赛开始后，他们三人直奔比赛场。可是为时已晚，哈特和罗伯逊已经错过了比赛时间，只有泰勒赶上了小组复赛。金牌被苏联选手鲍尔佐夫夺走，成绩为10秒14，泰勒获得银牌。
风云人物
一届奥运会力夺7金
美国游泳选手马克-施皮茨在1968年奥运会前预测，自己将获得6枚金牌，但是实际情况却与他的预测大不相同。施皮茨只得到了2枚接力项目的金牌，在单项比赛中的表现则很糟糕。在100米蝶泳中施皮茨输给队友道格-拉塞尔获得银牌，100米自由泳得到铜牌，200米蝶泳只得到最后一名。
1972年在慕尼黑，施皮茨再次向自己的目标发起挑战。这一次他正是从四年前最失败的项目开始——200米蝶泳。施皮茨最终获得了冠军并打破了世界纪录。当天晚上，施皮茨代表美国队获得了4x100米接力的冠军并打破了世界纪录。第二天施皮茨拿下200米自由泳冠军，破世界纪录。两天之后是100米蝶泳和4x200米自由泳接力，又是两个冠军和两个世界纪录。之后是施皮茨被认为最薄弱的100米自由泳，他还是获得了冠军并打破世界纪录。最后一项是4x100米混合泳接力，施皮茨代表美国队游蝶泳一棒，仍然是冠军和世界纪录！
在8天的时间里，施皮茨进入了七项决赛，获得7个冠军，7次打破世界纪录，他成了奥运会历史上唯一一个在一届比赛获得七枚金牌的运动员，也是4名获得9枚奥运会金牌的运动员之一。
