Wenige Wochen nach dem verlorenen Finale gewann Murray das in Wimbledon ausgetragene Endspiel des olympischen Tennisturniers, in dem er erneut auf Federer traf. Er besiegte als Setzlistendritter (Nadal fehlte wegen einer Verletzung) den Schweizer mit 6:2, 6:1 und 6:4; im Halbfinale hatte Murray Đoković in zwei Sätzen (7:5, 7:5) besiegt. In der Doppelkonkurrenz schied Murray bereits in der Auftaktrunde aus, er trat dort mit seinem Bruder Jamie an. Im Mixed startete er dank einer Wildcard mit Laura Robson, mit der er das Finale erreichte. Gegen Wiktoryja Asaranka und Max Mirny unterlagen sie knapp in drei Sätzen und gewannen damit die Silbermedaille.