סרביה במשחקים האולימפיים

לפני הקמת יוגוסלביה

לאולימפיאדת סטוקהולם (1912) שלחה סרביה שלושה אתלטים: שני רצי מרתון (אחד מהם כלל לא השתתף במירוץ, והשני לא השלים את הריצה) ואצן בריצת 100 מטר, שלא העפיל משלב המוקדמות.

לאחר פירוק סרביה ומונטנגרו

המשלחת הסרבית לאולימפיאדת בייג'ינג (2008) כללה 92 ספורטאים, והם זכו ב-3 מדליות. השחיין מילוראד צ'אביץ' היה הקרוב ביותר לנצח את מייקל פלפס ולמנוע ממנו הישג של 8 מדליות זהב באולימפיאדה אחת. צ'אביץ', שהתחרה במשחה ל-100 מטר פרפר, שבר את השיא האולימפי, וסיים במקום הראשון הן בשלב המוקדמות והן בחצי הגמר. במשחה הגמר הוביל לאורך כל הדרך, אך סיים לבסוף במקום השני, מאית השנייה לאחר פלפס. המשלחת הסרבית ערערה בתחילה על התוצאות, שכן בצילומי הטלוויזיה נראה היה שצ'אביץ' מגיע קודם, אלא שפלפס נגע בלוח המגע לפניו, ו-FINA דחתה את הערעור. הטניסאי נובאק ג'וקוביץ' זכה במדליית ארד, לאחר שהפסיד בחצי הגמר לרפאל נדאל וניצח במשחק על המקום השלישי את ג'יימס בלייק.
נבחרת הכדורמים זכתה אף היא במדליית ארד, לאחר שהפסידה בחצי הגמר לנבחרת ארצות הברית 10-5, וגברה  על נבחרת מונטנגרו 4-6 במשחק טעון על המקום השלישי. באולימפיאדת אתונה זכתה הנבחרת המשותפת לשתי המדינות במדליית הכסף. שתי נבחרות הכדורעף הודחו בשלב רבע הגמר, הגברים בידי ארצות הברית והנשים בידי קובה.
באולימפיאדת לונדון (2012) הייתה לוחמת הטאקוונדו מיליצה מנדיץ' לספורטאית הראשונה שזוכה במדליית זהב אולימפית לזכות סרביה העצמאית. הקלעית איוואנה מקסימוביץ' זכתה במדליית כסף בירי מ-50 מטר בשלושה מצבים ואנדריה זלאטיץ' זכה במדליית ארד בירי באקדח אוויר, וכן סיים במקום השישי בירי באקדח מ-50 מטר. קלעית נוספת, זוראנה ארונוביץ', סיימה במקום הרביעי בירי באקדח מ-25 מטר ובמקום השביעי בירי באקדח אוויר. נבחרת הכדורמים זכתה שוב במדליית הארד, גם הפעם לאחר ניצחון על מונטנגרו, 11-12. וניה אודוביצ'יץ' השתתף באולימפיאדה בפעם השלישית וזה הייתה המדליה השלישית שלו. הטניסאי נובאק ג'וקוביץ' סיים במקום הרביעי, לאחר שהפסיד בחצי הגמר לאנדי מארי ובמשחק על מדליית הארד לחואן מרטין דל פוטרו. גם השחיין מילורד צ'אביץ' לא הצליח לשחזר את הישגו מבייג'ינג, וסיים במקום הרביעי במשחה ל-100 מטר פרפר. ספורטאים סרבים נוספים שבלטו בלונדון כללו את השחיין ולדימיר סטייפנוביץ' (מקום שישי ב-200 מטר פרפר), אסמיר קולאשינאץ (מקום שביעי בהדיפת כדור ברזל), חותר הקיאק מרקו נובאקוביץ' (מקום שביעי ב-200 מטר), חותרות הקיאק ניקולינה ואוליברה מולדובן (מקום שמיני ב-500 מטר) ואיוונה שפאנוביץ' (מקום 11 בקפיצה לרוחק).

אולימפיאדת ריו דה ז'ניירו (2016)

באולימפיאדת ריו דה ז'ניירו (2016) זינקו משמעותית הישגי המשלחת הסרבית. הם זכו ב-8 מדליות, יותר מכל הישגיהם בבייג'ינג ובלונדון גם יחד, ומתוכן שתי מדליות זהב. 
ארבע מהמדליות הושגו בענפי הכדור הקבוצתיים. נבחרת הכדורמים זכתה במדליית זהב, לאחר שגברה בחצי הגמר 8-10 על איטליה ובמשחק הגמר ניצחה 7-11 את קרואטיה. נבחרת הגברים בכדורסל, בכיכובם של שחקנים כמילוש תאודוסיץ', בוגדן בוגדנוביץ', נמניה נדוביץ', מירוסלב ראדוליצה וניקולה יוקיץ', סיימה את שלב הבתים עם שני ניצחונות ושלושה הפסדים, אך עלתה לשלב הבא, ובהמשך הביסה 61-87 את אוסטרליה, והובסה 96-66 על ידי ארצות הברית, בדרך לזכייה במדליית כסף. נבחרת הנשים סיימה אף היא את שלב הבתים עם שני ניצחונות ושלושה הפסדים, אך זכתה במדליית ארד, לאחר הפסד 68-54 לספרד בחצי הגמר, וניצחון 63-70 על צרפת במשחק על המקום השלישי. הנבחרת הסרבית הרביעית שזכתה במדליה אולימפית הייתה נבחרת הנשים בכדורעף, שזכתה במדליית כסף לאחר ניצחון על נבחרת ארצות הברית והפסד לנבחרת סין בשלבים המכריעים.
גם בענפים אחרים זכו הסרבים להצלחות. המתאבק דבור שטפנק זכה במדליית זהב, וויקטור נמש סיים במקום השמיני. לוחמת הטאקוונדו טיאנה בוגדנוביץ' זכתה במדליית כסף, והישג דומה רשמו הקיאקיסטים מרקו טומיצ'ביץ' ומילנקו זוריץ', במקצה ל-1000. השניים גם סיימו במקום השמיני עם רביעיית הקיאקיסטים הסרבית. במקצה ל-200 מטר סיימו נבוישה גרוייץ' ומרקו נובאקוביץ' במקום השישי, ובמקצה היחידות ל-500 מטר סיימה דלמה רוז'יצ'יץ'-בנדק במקום השביעי. במדליה השמינית זכתה האתלטית איוונה שפאנוביץ', בקפיצה לרוחק. ספורטאית בולטת נוספת, ההקלעית בובאנה וליצ'קוביץ', סיימה במקום השביעי באקדח אוויר. הטניסאי נובאק ג'וקוביץ', שהגיע לטורניר מדורג ראשון בעולם, הודח במפתיע כבר בסיבוב הראשון, בידי חואן מרטין דל פוטרו.
במשחקים אלה נדרשה סרביה לראשונה להתמודד עם השתתפותה של קוסובו במשחקים. סרביה אינה מכירה בעצמאותה של קוסובו, והתנגדה להחלטתו של הוועד האולימפי הבינלאומי להכיר בוועד האולימפי של קוסובו. שר החוץ הסרבי, איוויצה דאצ'יץ' ושר הספורט שלה, וניה אודוביצ'יץ', הודיעו כי סרביה לא תחרים את המשחקים, ולא תנקוט צעדי מחאה נגד ההחלטה. עם זאת, לאחר תחילת המשחקים המליץ אודוביצ'יץ' לספורטאים הסרבים שלא ליטול חלק בטקסי חלוקת מדליות בהם משתתפים גם ספורטאים קוסוברים, וציין כי "איננו יכולים להאזין להמנון שלהם ולצפות בדגלם". בפועל, בשום מקרה במשחקים לא חלקו ספורטאים מסרביה ומקוסובו מקום על הפודיום, ואיש מהספורטאים הסרבים לא נדרש להתמודד עם הדילמה.

אולימפיאדות החורף

בשנת 2010 השתתפה סרביה באולימפיאדת ונקובר, אולימפיאדת החורף הראשונה בה השתתפה כמדינה עצמאית, אך לא רשמה בה הישגים משמעותיים. גם באולימפיאדת סוצ'י (2014) לא הגיעו הסרבים להישגים גבוהים.