Denmark ikut serta dalam Olimpiade Musim Panas 2012 di London, Inggris, dari tanggal 27 Juli hingga 12 Agustus 2012. Komite Olimpiade Nasional dan Konfederasi Olahraga Denmark mengirimkan delegasi terbesar negara ini ke Olimpiade, setelah Olimpiade Musim Panas 1996 di Atlanta. Sebanyak 113 atlet, 63 pria dan 50 wanita, berkompetisi dalam 17 cabang olahraga, meskipun dua atlet lainnya bermain sebagai cadangan tim. Bola tangan adalah satu-satunya cabang olahraga dalam tim di mana Denmark ikut serta dalam pertandingan Olimpiade ini.

Tim Denmark termasuk beberapa juara Olimpiade masa lalu, salah satunya bertahan (tim berempat coxless ringan putra, yang dipimpin oleh pendayung veteran Eskild Ebbesen dan Morten Jørgensen). Atlet-atlet yang patut dicatat adalah petenis Caroline Wozniacki, dan perenang Lotte Friis, yang memenangkan medali perunggu di Beijing. Kim Wraae Knudsen, peraih medali perak di nomor kayak sprint ganda putra di Beijing, adalah pembawa bendera negara pada upacara pembukaan.

Tim Danmark dan Persatuan Olahraga Denmark (Dansk Idræts-Forbund, DIF) menetapkan target delapan medali untuk ditargetkan dalam klasemen medali. Tim Danmark dan DIF juga meyakini bahwa Denmark memiliki peluang terbaik untuk memenangkan medali dalam gulat, menembak, bersepeda, bola tangan, acara berkuda, mendayung, atletik, bulu tangkis, dan berlayar. Pada akhir Olimpiade, Denmark telah melampaui target medali dengan satu poin.

Denmark meninggalkan London dengan total 9 medali (2 emas, 4 perak, dan 3 perunggu), yang dianggap sebagai Olimpiade paling sukses setelah 64 tahun. Satu medali emas dimenangkan oleh pendayung Rasmus Quist dan Mads Rasmussen di nomor lightweight double sculls putra, dan satu medali emas dimenangkan oleh atlet balap sepeda Lasse Norman Hansen di nomor omnium putra pertama. Medali lainnya diberikan kepada tim dalam cabang olahraga layar, menembak, bulu tangkis, dan dayung putri. Namun demikian, beberapa atlet Denmark hampir saja tidak masuk dalam klasemen medali dalam acara olahraga mereka, termasuk dua dari gulat Yunani-Romawi.