Al-Deehani deltok første gang under Sommer-OL 1992 i Barcelona, og deltok i alle OL fram til Sommer-OL 2012 i London. Han tok bronse i dobbeltrap under Sommer-OL 2000 i Sydney. Under Sommer-OL 2012 i London ble han først nummer 4 i dobbeltrap etter å ha tapt omskytingen om bronsemedaljen mot Vasily Mosin, før han tok bronsemedaljen i trap etter at han vant omskytingen mot Michael Diamond. I Sommer-OL i 2016 i Rio de Janeiro deltok han som uavhengig olympisk utøver. Al-Deehani vant gullmedalje i dobbeltrap for menn.