OS i Peking 2008 var Johanssons första olympiska spel. Hon tog en silvermedalj i linjeloppet den 10 augusti, Sveriges första olympiska medalj i OS 2008, och landets första medalj i cykel sedan olympiska sommarspelen 1988. Det blev också den första medaljen någonsin för svensk damcykel i de olympiska spelen. Emma Johansson förlorade spurtstriden mot Nicole Cooke från Storbritannien med ungefär en cykellängds marginal. Hon deltog även i OS 2012, där hon slutade på 14:e plats i tempoloppet.