2020年夏季奥林匹克运动会爱沙尼亚代表团是爱沙尼亚所派出的，因2019冠状病毒病疫情而延期至2021年举办的第32届夏季奥林匹克运动会的代表团。这是该国在后苏联时代第八次参加夏季奥运。
经爱沙尼亚奥林匹克委员会确认，该届奥运爱沙尼亚代表团共有包括替补在内的共34名运动员入选代表团阵容，参加14个大项的比赛。赛艇运动员Tõnu Endrekson和马术运动员Dina Ellermann担任代表团开幕式旗手；田径运动员迈塞尔·尤伊伯则获选为闭幕式旗手。
爱沙尼亚代表团在该届奥运共收获一枚金牌和一枚铜牌，均来自于女子重剑项目。这既是该国首次在击剑项目上收获奥运奖牌，同时也是该国在2008年后首次收获奥运金牌。卡特丽娜·莱希斯首先在女子个人重剑项目上获得铜牌，之后她和队友获得女子团体重剑金牌，她也成为历史上第二位代表爱沙尼亚获得一枚以上奥运奖牌的女选手。
爱沙尼亚在奥运射箭项目上凭借世界排名获分配到一个空出的女子个人席位。
爱沙尼亚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）：
根据世界羽毛球联合会奥运排名，爱沙尼亚在奥运羽毛球男子单打和女子单打两个小项上各获得一个席位。
根据2019年世界公路自行车锦标赛的结果和2019年10月22日的UCI公路自行车奥运排名，爱沙尼亚获得两个男子公路赛席位和两个男子个人计时赛席位，共可派出两名男选手参赛。后来该国退还了其中一个男子个人计时赛席位。
爱沙尼亚在奥运山地自行车项目上获得一个女子席位，该席位来自于奥运排名。
爱沙尼亚在奥运马术盛装舞步赛上获分配到一个空出的个人席位。
由于没有非洲队伍在女子重剑团体奥运排名中位列16位以内，爱沙尼亚队在该项目上获得一个空出的席位。具体参赛名单于2021年4月22日公布。
爱沙尼亚有一名柔道选手凭借奥运排名获得参赛资格。
爱沙尼亚通过奥运赛艇最终资格赛获得一个男子四人双桨的席位。
爱沙尼亚在奥运帆船两个小项上获得参赛席位，均来自于2018年世界帆船锦标赛。
M = 决赛；EL = 被淘汰
爱沙尼亚有一名射击选手凭借奥运排名获得资格。
爱沙尼亚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）：
爱沙尼亚派出一名女子单打选手参加奥运网球比赛。
爱沙尼亚在铁人三项上获得一个女子个人席位，该席位来自于个人奥运资格排名。
爱沙尼亚在奥运摔跤项目共获得两个席位，均来自于2019年世界摔跤锦标赛。
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