Pada Olimpiade Beijing 2008, Fraser-Pryce berhadapan dengan trio Amerika Torri Edwards, Muna Lee dan sprinter Lauryn Williams, memenangkan perempat final dan semifinal. Dalam final 100 m
, ia memimpin Jamaika untuk menyapu medali, diikuti oleh Sherone Simpson dan Kerron Stewart yang keduanya mencatat 10.98 detik untuk perak (tidak ada perunggu yang diberikan). Mengulangi kesuksesan rekan senegaranya Usain Bolt dari malam sebelumnya, ia menjadi wanita Karibia pertama yang memenangkan emas 100 m di Olimpiade. Waktunya yang menang 10.78 s juga menjadi berita utama - tidak hanya itu adalah peningkatan 0,53 detik dari yang terbaik musim sebelumnya, itu juga yang tercepat kedua dalam sejarah Olimpiade pada saat itu, di belakang rekor Olimpiade Florence Griffith Joyner 1988. Dalam balapan 4 × 100 m, Fraser-Pryce memimpin bersama Stewart, Simpson dan Campbell-Brown. Tim Jamaika memenangkan heat mereka dan lolos sebagai yang tercepat secara keseluruhan untuk final. Namun, kekecewaan mengikuti di final ketika pertukaran tongkat yang gagal menyebabkan mereka didiskualifikasi.