Am 17. August 2008 unterlag Lee im Finale des Herreneinzels bei den Olympischen Spielen in Peking dem Chinesen Lin Dan deutlich in zwei Sätzen. Damit war er der sechste Malaye, der eine Medaille bei den Olympischen Spielen gewann. Für den Gewinn der Silbermedaille zeichnete ihn der Premierminister Malaysias, Najib Razak, als „nationaler Held“ aus und verlieh ihm den Titel Datuk. Bei den Olympischen Spielen 2012 in London unterlag er ebenfalls Lin Dan im Endspiel und musste sich wieder mit Silber begnügen. Die zweite Silbermedaille machte ihn zu Malaysias erfolgreichstem Olympioniken der Geschichte. Bei den Olympischen Spielen 2016 in Rio de Janeiro erreichte Lee erneut das Endspiel, wo er gegen Chen Long in zwei Sätzen unterlag.