Dwa miesiące później, podczas igrzysk olimpijskich w Londynie na dystansie 100 m stylem motylkowym zajęła czwarte miejsce z czasem 57,17. W konkurencji 100 m stylem dowolnym była dziewiąta (53,93). W półfinale 200 m stylem dowolnym uzyskała czas 1:58,12 min i nie zakwalifikowała się do finału, plasując się ostatecznie na 12. pozycji. Na 50 m kraulem zajęła 14. miejsce (25,08). Sjöström płynęła także w sztafetach 4 × 100 m stylem dowolnym i zmiennym.