2020년 하계 올림픽 오스트레일리아 선수단은 2021년 일본 도쿄에서 개최된 제32회 하계 올림픽에 참가한 오스트레일리아 국가대표 선수단이다. 본 대회는 당초 2020년 개최 예정이었으나, 코로나19 범유행으로 인해 1년 연기되어 2021년 7월 23일부터 8월 8일까지 진행되었다.
오스트레일리아는 이번 대회에 총 33개 종목, 477명의 선수를 파견하였다. 이는 오스트레일리아 올림픽 역사상 2000년 시드니 올림픽(628명)과 2004년 아테네 올림픽(482명)에 이어 세 번째로 큰 규모의 선수단 구성이었다. 개막식 기수로는 농구 선수 패티 밀스와 수영 선수 케이트 캠벨이 선정되었다.
오스트레일리아 선수단은 금메달 17개, 은메달 7개, 동메달 22개로 총 46개의 메달을 획득하며 종합 순위 6위를 기록하였다. 이는 2004년 아테네 올림픽에서 기록한 금메달 17개와 동률을 이루는 성과로, 오스트레일리아의 역대 원정 올림픽 중 가장 좋은 성적에 해당한다.
주요 성과는 수영 종목에서 집중적으로 나타났다. 수영에서만 금메달 9개를 포함하여 총 20개의 메달을 획득하였으며, 특히 엠마 매키언은 한 대회에서 7개의 메달(금 4, 동 3)을 획득하여 단일 올림픽에서 가장 많은 메달을 딴 오스트레일리아 선수이자 여성 수영 선수가 되었다. 아리안 티트머스는 여자 자유형 200m와 400m에서 금메달을 획득하며 주목받았다.
수영 외에도 카누(제시카 폭스), 조정, 세일링, 스케이트보드, BMX 사이클링 등 다양한 종목에서 금메달을 추가하였다. 단체 종목에서는 남자 농구 국가대표팀이 동메달을 획득하며 올림픽 역사상 첫 메달을 기록하였다.
오스트레일리아 선수단은 대회 종료 후 2032년 하계 올림픽의 브리즈번 개최가 확정됨에 따라 차기 개최국으로서의 위상을 공고히 하며 대회를 마쳤다.
