2016年夏季奥林匹克运动会塞尔维亚代表团共派出103名运动员参加2016年8月5日至8月21日在巴西里约热内卢举行的第三十一届奥林匹克运动会。
这届奥运塞尔维亚共获得了包括2金4银2铜在内的共8枚奖牌，总数是2012年伦敦奥运的两倍，创代表团历史新高。所有的8枚奖牌中有4枚来自团体项目，而这4个团体项目也是塞尔维亚代表团参加的所有团体项目。参赛的103名选手中，有54人获得了奖牌，占代表团运动员总人数的52%。
塞尔维亚在田径项目上获得以下参赛资格（每个小项最多三名来自同一代表团的运动员参赛）：
塞尔维亚男子篮球队在奥运篮球世界预选赛贝尔格莱德站上获得奥运资格。
以下是塞尔维亚奥运男子篮球队名单。
塞尔维亚女子篮球队在匈牙利举行的2015年欧洲女子篮球锦标赛上获得冠军，直接取得奥运参赛资格。
2016年7月23日，塞尔维亚公布奥运女子篮球队名单。
塞尔维亚在2015年世界皮划艇竞速锦标赛上获得以下奥运席位。
注：FA = 晋级A组决赛（争夺奖牌）；FB = 晋级B组决赛（非争夺奖牌）
塞尔维亚在2015年UCI欧洲巡回赛上获得一个男子公路自行车席位。
根据2016年5月25日的山地自行车奥运排名，塞尔维亚在该项目上获得一个女子席位。
塞尔维亚有一名柔道选手凭借奥运排名直接获得奥运资格。
塞尔维亚在赛艇项目上共获得两个席位。其中男子双人单桨的席位来自于2015年世界赛艇锦标赛，而男子双人双桨的席位则来自于奥运赛艇欧洲区暨世界预选赛。
注：FA=A组决赛（争夺奖牌）；FB=B组决赛（非争夺奖牌）；FC=C组决赛（非争夺奖牌）；FD=D组决赛（非争夺奖牌）；FE=E组决赛（非争夺奖牌）；FF=F组决赛（非争夺奖牌）；SA/B=A/B组半决赛；SC/D=C/D组半决赛；SE/F=E/F组半决赛；QF=1/4决赛；R=复赛
射击方面，塞尔维亚在2014年世界射击锦标赛、2015年射击世界杯以及欧洲锦标赛等赛事获得以下席位：
2016年7月6日，塞尔维亚公布了入选奥运射击队的选手名单。
塞尔维亚在游泳项目上获得以下资格（每个代表团在每个项目最多派2名达到A标或者1名达到B标的运动员参赛）：
塞尔维亚有一名乒乓球运动员获得一个未分配席位，得以参加奥运。
塞尔维亚有两名运动员获得跆拳道项目的资格。其中一人凭借奥运排名直接获得资格。另一人则是在奥运跆拳道欧洲区预选赛上获得资格。
塞尔维亚有六名网球运动员获得奥运资格。诺瓦克·德约科维奇、维克托·特罗伊茨基和安娜·伊万诺维奇凭借奥运排名直接获得资格。除此之外，德约科维奇和亚历山德拉·克鲁尼奇还各获得了一个双打席位。
塞尔维亚女子排球队在日本举办的2015年世界杯女子排球赛上排名第二，提前取得奥运资格。
以下是塞尔维亚奥运女子排球队名单。
塞尔维亚男子水球队在2015年男子水球世界联赛上获得奥运资格。
塞尔维亚水球协会于2016年7月26日公布该国奥运男子水球队名单。
塞尔维亚有三名摔跤运动员获得奥运资格。其中一人因为在2015年世界摔跤锦标赛上跻身前六名直接获得奥运资格，另外两人则是在2016年奥运摔跤欧洲区预选赛上获得资格。
注：
2008年2月17日，科索沃单方面宣布从塞尔维亚独立，但塞尔维亚不承认科索沃独立，并仍将其视为该国的一个自治省。尽管科索沃不是联合国会员国，国际奥委会仍于2014年12月9日接纳科索沃奥林匹克委员会为奥委会成员国之一，而科索沃也得以参加2016年里约奥运。对此时任塞尔维亚奥委会主席弗拉德·迪瓦茨表示塞尔维亚奥委会已尽一切努力阻止国际奥委会接纳科索沃，同时塞尔维亚外交部长伊维察·达契奇和体育部长Vanja Udovičić也对此表示严正抗议，尽管如此，该国仍然决定不抵制这届奥运。在奥运开幕式前，塞尔维亚号召该国运动员不要和科索沃运动员同台领奖。
