Luksemburg na Letnich Igrzyskach Olimpijskich 2016 w Rio de Janeiro reprezentowało dziesięcioro zawodników. Był to 24. start reprezentacji Luksemburgu na letnich igrzyskach olimpijskich.
Skład reprezentacji 40px Kolarstwo Mężczyźni ZawodnikKonkurencjaCzasPozycjaFränk Schleckwyścig ze startu wspólnego 6:13:36 20.
Kobiety ZawodniczkaKonkurencjaCzasPozycjaChantal Hoffmannwyścig ze startu wspólnego DNF Christine Majeruswyścig ze startu wspólnego 3:56:34 18.jazda indywidualna na czas 48:16,17 22.
40px Lekkoatletyka Konkurencje biegowe Mężczyźni Zawodnik Konkurencja Eliminacje Półfinał Finał PozycjaCzasMiejsceCzasMiejsceCzasMiejsceCharles Grethen 800 m 1:48,93 38.colspan="4" 41.
Kobiety Zawodnik Konkurencja Eliminacje Półfinał Finał PozycjaCzasMiejsceCzasMiejsceCzasMiejsceCharline Mathias 800 m 2:09,30 58.colspan="4" 58.
40px Pływanie Mężczyźni Zawodnik Konkurencja Eliminacje Półfinał Finał PozycjaCzasMiejsceCzasMiejsceCzasMiejsce Laurent Carnol100 m st. klasycznym 1:00.88 =27colspan="4" =27.200 m st. klasycznym 2:11,94 21colspan="4" 21. Raphaël Stacchiotti100 m st. dowolnym 50,79 47.colspan="4" 47.200 m st. zmiennym 2:00,21 21.colspan="4" 21.400 m st.