Lors des Jeux olympiques de 2002 à Salt Lake City en Utah, Brodeur était initialement le gardien réserviste de Curtis Joseph. Après une défaite de ce dernier contre la Suède, il est remplacé par Brodeur pour le deuxième match contre l'Allemagne et pour le reste du tournoi. Après des victoires contre la Finlande en quart de finale et la Biélorussie en demi-finale, l'équipe canadienne accède à la finale contre les États-Unis. Brodeur et les Canadiens vont remporter le match 5-2 ainsi que la médaille d'or ; il s'agit d'une première médaille d'or pour l'équipe depuis 1952. Brodeur a réalisé 31 arrêts dans le match.