Gagan Narang nahm viermal an Olympischen Spielen teil. 2004 belegte er in Athen mit dem Luftgewehr mit 593 Ringen den zwölften Rang, das Finale verpasste er um nur einen Ring. Vier Jahre darauf trat er in Peking in drei Konkurrenzen an und verbesserte sich mit dem Luftgewehr auf den neunten Platz. Mit dem Kleinkalibergewehr beendete er den Wettkampf im Dreistellungskampf auf dem 13. Platz sowie im liegenden Anschlag auf dem 35. Platz. Bei den Olympischen Spielen 2012 in London qualifizierte er sich mit dem Luftgewehr als Dritter mit 598 Ringen für die Finalrunde. In dieser erzielte er weitere 103,1 Ringe, womit er den Wettbewerb mit 701,1 Gesamtpunkten auf dem dritten Platz hinter Alin Moldoveanu und Niccolò Campriani abschloss und die Bronzemedaille gewann. Im liegenden Anschlag mit dem Kleinkalibergewehr erreichte er den 18. Rang, im Dreistellungskampf den 20. Rang. Bei seiner vierten und letzten Olympiateilnahme 2016 in Rio de Janeiro kam er mit dem Luftgewehr nicht über den 23. Platz hinaus, während er mit dem Kleinkalibergewehr im liegenden Anschlag den 13. Platz und im Dreistellungskampf den 33. Platz belegte.