中国代表团此次派出311名运动员参赛，以金牌28枚、奖牌总数59枚的优异成绩一举跃入了奖牌榜世界三强行列，这两项指标不仅都创下了中国自参加奥运会以来的单届最高纪录，而且均名列世界第三位。仅9月22日一天，中国就日收6金，创下了中国运动员参加奥运会历史上单日夺取金牌数的最高纪录。

悉尼奥运会上，中国运动员在传统优势项目中继续保持着强盛势头，乒乓球包揽了全部4个单项的冠军，女子举重在所参加的4个级别中全部夺金而归，羽毛球金牌5中取4，跳水则在出师不利的情况下连夺5金，与举重一样，成为中国在本届奥运会上收获金牌最多的项目。此外，射击和体操各获3枚金牌。

本届奥运会跳水比赛由于新增了双人项目，金牌数也增加了一倍，达到8枚。赛前被寄以厚望的中国队出人意料地在前三项比赛中接连失手，均只得到了银牌。关键时刻，奥运会前复出的老将熊倪为压力骤然增加的跳水队稳住了军心。他在男子跳板决赛中凭借最后一跳的稳定发挥，以微弱优势击败了强劲对手墨西哥的普拉塔斯和俄罗斯的萨乌丁，为中国在本次跳水比赛中夺得了第一块金牌。随后，他又与队友肖海亮合作，在跳板双人项目中称雄，再次获得了金牌。跳水队另一位退役后复出的老将伏明霞也表现稳健，在女子跳板中蝉联了奥运会冠军。