2020年夏季奥林匹克运动会乌克兰代表团是乌克兰所派出的，于2021年7月23日至8月8日进行的夏季奥林匹克运动会的代表团。这是该国第七次参加夏季奥运。
乌克兰在2019年世界射箭锦标赛女子团体反曲弓项目上闯入八强，获得奥运射箭女子团体项目资格的同时也获得三个女子个人项目席位。
乌克兰在2019年世界游泳锦标赛花样游泳团体技术自选和自由自选两个项目的总分在所有参赛队伍中排名第三，由于排名第一的俄罗斯已经在2019年欧洲冠军杯赛中获得资格，乌克兰递补获得花样游泳团体和双人项目的奥运资格。
乌克兰在田径项目上获得以下资格（每个小项最多3名来自同一代表团的运动员参赛）：
乌克兰在2019年世界皮划艇激流锦标赛上获得一个女子单人皮艇席位。
乌克兰凭借2019年世界锦标赛的表现获得奥运皮划艇竞速五个小项的参赛席位。
注：FA = 晋级A组决赛（争夺奖牌）；FB = 晋级B组决赛（非争夺奖牌）
根据2019年10月22日的UCI公路自行车奥运排名，乌克兰获得一个男子公路赛席位和一个女子公路赛席位。
乌克兰队凭借2018年至2020年场地自行车奥运积分获得一个女子个人竞速赛席位和一个女子竞轮赛席位。
乌克兰在奥运跳水项目上获得四个个人小项席位，其中三个来自于2019年世界游泳锦标赛，另外一个来自于2019年欧洲跳水锦标赛。
乌克兰队原本在匈牙利布达佩斯进行的奥运马术场地障碍赛C2组资格赛中取得头名，获得奥运马术场地障碍赛一个团体项目席位及三个个人项目席位，后来由于该国未能在2019年12月31日前确保至少三名场地障碍赛选手达到“最低参赛资格要求”（Minimum Eligibility Requirements，MER），该国被迫放弃团体场地障碍赛的资格以及两个个人场地障碍赛席位。另一方面，该国又凭借奥运排名获得一个个人盛装舞步赛席位。
乌克兰男子体操队在2019年世界竞技体操锦标赛中进入前九名，获得奥运资格。另一方面，该国女子体操选手Diana Varinska在同一赛事女子个人全能资格赛中排名前二十位（不包括已经获得团体项目的国家奥委会队员，以及同一国家奥委会队员中成绩较差者），获得奥运参赛资格。
乌克兰有两名选手在2019年世界艺术体操锦标赛上进入前十六名，该国因此获得两个艺术体操个人全能的奥运席位。另一方面，该国在艺术体操团体项目上获分配到一个空出的主办国席位。
乌克兰有两名空手道选手凭借奥运排名获得资格。
乌克兰在奥运射击项目上获得六个席位，其中有两个来自于2018年世界射击锦标赛，两个来自于2019年射击世界杯各分站赛，一个来自于2019年欧洲运动会，另外一个来自于2019年欧洲锦标赛。
乌克兰在游泳项目上获得以下资格（每个代表团在每个个人项目最多派2名达到A标或者1名达到B标的运动员参赛）：
乌克兰在摔跤项目上共获得五个席位，均来自于2019年世界摔跤锦标赛。
注：
