2016年夏季奥林匹克运动会保加利亚代表团派出51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。
由于保加利亚有11名举重运动员没能通过禁药检测，国际举重联合会于2015年3月决定禁止保加利亚举重队参加本届奥运。2016年1月，国际体育仲裁院宣布维持国际举重联合会的这一决定，至此保加利亚举重队彻底无缘本届奥运。
保加利亚在田径项目上获得以下资格（每个小项最多三名来自同一代表团的运动员参赛）：
根据羽毛球世界联合会于2016年5月5日公布的奥运排名，保加利亚有一名女子单打和一对女子双打运动员获得奥运资格。
保加利亚有三名拳击运动员获得奥运资格，其中一名女选手在奥运拳击欧洲区预选赛上获得资格，另外两名男选手则是在奥运拳击世界预选赛上获得资格。
保加利亚在2015年世界皮划艇竞速锦标赛上获得男子单人皮艇1000米的资格，之后该国又在欧洲区预选赛上获得男子单人划艇200米和1000米的资格。
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2015年UCI欧洲巡回赛的比赛结果，保加利亚可派出一名男运动员参加奥运公路自行车赛。
保加利亚有一名击剑运动员在欧洲预选赛上获得奥运资格。
保加利亚队在2015年世界艺术体操锦标赛上获得了团体和个人项目的参赛资格。
保加利亚有两名柔道运动员获得奥运资格，其中一人凭借世界排名直接获得资格，另一人则凭借欧洲排名获得资格。
保加利亚有一名现代五项运动员获得一个空出的席位，得以参加奥运。
保加利亚在2015年世界赛艇锦标赛上获得男子双人双桨的奥运席位。
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
保加利亚在射击项目上获得以下席位：
注：Q = 晋级下一轮；q = 晋级铜牌赛（飞靶）
保加利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）：
保加利亚有一男一女两名网球运动员凭借世界排名获得奥运资格
保加利亚共有11名摔跤运动员获得奥运资格。其中三人在2015年世界摔跤锦标赛上进入前六名，直接获得资格，五人在奥运摔跤欧洲区预选赛上获得资格，三人在奥运摔跤世界预选赛1上获得资格。
注：
