Serbię na Letnich Igrzyskach Olimpijskich 2020 reprezentowało 87 zawodników: 43 mężczyzn i 44 kobiety. Był to piąty start reprezentacji Serbii na letnich igrzyskach olimpijskich.
Zdobyte medale Medal Zawodnik Dyscyplina Konkurencja Rezultat Data20px Złoto Milica Mandić 30px Taekwondo kategoria powyżej 67 kg kobiet W finale pokonała reprezentantkę Korei Południowej Lee Da-bin 27 lipca20px Złoto Jovana Preković 30px Karate kategoria do 61 kg kobiet W finale pokonała reprezentantkę Chin 6 sierpnia20px Złoto Milan Aleksić, Nikola Dedović, Filip Filipović, Nikola Jakšić, Đorđe Lazić, Dušan Mandić, Branislav Mitrović, Stefan Mitrović, Duško Pijetlović, Gojko Pijetlović, Andrija Prlainović, Sava Ranđelović, Strahinja Rašović 30px Piłka wodna turniej mężczyzn W finale pokonali reprezentację Grecji 13:10 8 sierpnia20px Srebro Damir Mikec 30px Strzelectwo pistolet pneumatyczny 10 m mężczyzn 237,9 pkt 24 lipca20px Brąz Tijana Bogdanović 30px Taekwondo kategoria do 49 kg kobiet W pojedynku o brązowy medal pokonała reprezentantkę Japonii Miyu Yamada 24 lipca20px Brąz Dušan Domović Bulut, Dejan Majstorović, Aleksandar Ratkow, Mihailo Vasić 30px koszykówka turniej 3 × 3 mężczyzn W pojedynku o brązowy medal pokonali reprezentację Belgii 21:10 28 lipca20px Brąz Milenko Sebić 30px Strzelectwo karabin małokalibrowy 3 pozycje mężczyzn 448,2