עבור המשחקים הוקם בסידני פארק אולימפי ענק, ובו קומפלקס גדול למגורי הספורטאים, המאמנים והשופטים. בפארק האולימפי עצמו נבנה אצטדיון אוסטרליה, בו נערכו טקסי הפתיחה והסיום, תחרויות האתלטיקה הקלה וגמר טורניר הכדורגל. בקרבת האצטדיון הוקמה הבריכה ובה נערכו תחרויות השחייה, קפיצה למים, שחייה צורנית וכדורמים. באולמות הקרובים שהוקמו סביב נערכו מרבית התחרויות הנוספות. בפארק האולימפי עצמו נמצאים גם המטווח (לתחרויות הקשתות) ומגרשי הטניס.
מספר אתרים ומתקנים אחרים בעיר, מחוץ לפארק האולימפי, שימשו למספר תחרויות: תחרויות כדורעף החופים נערכו בבונדי ביץ'. תחרויות אופני המסלול נערכו בוולודרום גריי דאנק שבפרבר בנקסטאון. מרכז הכנסים של סידני שימש לתחרויות הסייף, ההיאבקות, האגרוף והג'ודו.
מרוץ אופני הכביש ומרוץ המרתון נערכו ברחובות העיר. עבור מרוץ המרתון סומן בעיר קו כחול, ששרידים ממנו ניתן עדיין לראות, על גבי הכביש במסלול המיועד.
מחוץ לסידני עצמה נערכו רק משחקי המוקדמות של טורניר הכדורגל.
אצטדיון אוסטרליה - הוא אצטדיון המארח משחקי קריקט, רוגבי כדורגל ועוד. באולימפיאדת סידני אירח את תחרויות האתלטיקה והכדורגל. עד אז הכיל 110,000 מקומות. לאחר המשחקים בוטלו מסלולי האתלטיקה וכיום מכיל 83,500.
סידני סופרדום - הוא אולם ספורט ובו משחקת סידני קינגס. באולימפיאדת סידני (2000) אירח את תחרויות ההתעמלות מכשירים והכדורסל. הכיל אז 21,000 מקומות ישיבה, וכיום מכיל 18,000 מקומות ו-21,000 באירועים.
אצטדיון שווגרד סידני - אצטדיון קריקט מכיל 24,000 מקומות. אירח את תחרויות הבייסבול והקרב חמש מודרני.
מרכז ההוקי של סידני - אצטדיון הוקי שדה מכיל 8,000 מקומות. אירח את תחרויות ההוקי שדה.
מרכז הטניס של סידני - מרכז טניס אם תפוסה של 10,000 מקומות. אירח את תחרויות הטניס.
מרכז הספורט מים סידני - בריכת שחייה שחולקה לשני חלקים וכל חלק הכיל 10,000 מקומות. החלק השני נהפך לבריכה ציבורית.
סטייט ספורט סנטר - אולם ספורט נפתח ב-1984 בעבר שיחקה בו סידני קינגס אירח את תחרויות הטניס שולחן והטאקוונדו מכיל 5,000 מקומות.
המשחקים נפתחו בטקס חגיגי, כנהוג. מספר שיא של 199 מדינות השתתפו במשחקים, מתוכן מספר שיא של 80 מדינות זכו לפחות במדליה אחת. משלחות קוריאה הצפונית וקוריאה הדרומית צעדו יחדיו תחת דגל האיחוד אך התחרו בנפרד. מזרח טימור שלחה ארבעה ספורטאים שהתחרו תחת הדגל האולימפי.
מייקל ג'ונסון (ארצות הבריתארצות הבריתארצות הברית), הגן על תוארו בריצת 400 מטר וזכה אף הוא בשתי מדליות זהב, אך אחת מהן (שליחים 4x400 מטר) נשללה ממנו משום שפטיגרו השתמש באימרוץ.
ילנה זמולודצ'יקובה (רוסיהרוסיהרוסיה), זכתה ב-3 מדליות, מהן 2 זהב ו-1 כסף. שתי מדליות זהב, בתרגיל שולחן הקפיצות ובתרגיל הקרקע ומדליית כסף בתחרות הקבוצתית.
נבחרת הגברים של סין (הרפובליקה העממית של סיןהרפובליקה העממית של סין) זכתה במדליית זהב הקבוצתית לפני נבחרת אוקראינה (אוקראינהאוקראינה) ונבחרת רוסיה (רוסיהרוסיה).
אלכסיי נמוב (רוסיהרוסיהרוסיה), זכה ב-6 מדליות, מהן 2 מדליות זהב בתרגיל המתח ובתחרות הקרב רב אישי, מדליית כסף בתרגיל הקרקע ו-3 מדליות ארד בתחרות הקבוצתית, בתרגיל הסוס סמוכות ובתרגיל המקבילים.
קמרון זכתה במדליית הזהב בכדורגל לגברים לאחר ניצחון במשחק הגמר על ספרד 3-5 בפנדלים. המשחק הסתיים בתוצאה של 2-2. במדליית ארד זכתה צ'ילה שגברה על ארצות הברית 0–2.
דארה טורס (ארצות הבריתארצות הבריתארצות הברית), זכתה ב-5 מדליות, מהן 2 זהב במשחי השליחות תוך כדי שבירת שיאי העולם ו-3 מדליות ארד במשחים האישיים.
אינגה דה ברוין (הולנדהולנדהולנד), זכתה ב-4 מדליות, מהן 3 מדליות זהב אישיות במשחים ל-50 ול-100 מטר חופשי ובמשחה ל-100 מטר פרפר בשיא עולם חדש. נוסף לכך היא זכתה במדליית כסף במשחה שליחות4x100 מטר מעורב.
יאנה קלוצ'קובה (אוקראינהאוקראינהאוקראינה), זכתה ב-3 מדליות, מהן 2 מדליות זהב במשחים ל-200 ול-400 מטר מעורב אישי ובשיא עולם חדש אחד ומדליית כסף במשחה ל-800 מטר חופשי.