Komite Olimpiade Nasional Lithuania () menempatkan tim 67 atlet, 48 pria dan 19 wanita, di 15 olahraga di Olimpiade. Ini adalah delegasi terbesar kedua negara yang dikirim ke Olimpiade, hanya empat atlet kurang dari rekor yang dicapai di Beijing 2008 (71). Seperti biasa, basket pria
adalah satu-satunya olahraga berbasis tim di mana Lithuania lolos ke Olimpiade. Lithuania menandai debut Olimpiade di tenis dan judo wanita, serta kembalinya ke angkat besi setelah absen dari Olimpiade sebelumnya.