La natación sincronizada entró a formar parte del programa olímpico en los Juegos Olímpicos de Los Ángeles 1984. En esta edición, al igual que en Seúl 1988 y en Barcelona 1992, se compitió en las modalidades de solo y de dúo. En la edición de Atlanta 1996 solo se compitió en equipos, pero en Sídney 2000 se compitió tanto en dúo como en equipos. Estas dos modalidades son las que han estado presentes en Atenas 2004, Pekín 2008 y Londres 2012.
España debutó en natación sincronizada en los Juegos Olímpicos en la primera edición de Los Ángeles 1984. En las tres primeras ediciones compitió en las dos modalidades presentes, solo y dúo (Los Ángeles 1984, Seúl 1988 y Barcelona 1992). Tras su ausencia en los Juegos Olímpicos de Atlanta 1996, España volvió en Sídney 2000, donde compitió en dúo pero no en equipos. Sin embargo, España sí ha participado en estas dos modalidades en Atenas 2004, Pekín 2008 y Londres 2012.
Veinticinco nadadoras españolas han competido en sincronizada en Juegos Olímpicos. Tres Juegos Olímpicos han disputado Gemma Mengual, Paola Tirados y Andrea Fuentes. Con dos Juegos Olímpicos disputados están Eva López, Nuria Ayala, Marta Amorós, Irina Rodríguez, Raquel Corral, Alba Cabello y Thais Henríquez.
España ha sumado cuatro medallas olímpicas (tres platas y un bronce). Todas ellas contaron con la participación de Andrea Fuentes. Dos medallas tienen Gemma Mengual, Alba Cabello, Thais Henríquez y Ona Carbonell. Con una se sitúan Raquel Corral, Laura López, Gisela Morón, Irina Rodríguez, Paola Tirados, Clara Basiana, Margalida Crespí, Paula Klamburg, Irene Montrucchio y Laia Pons.
Además, España ha sumado tres diplomas olímpicos. El primero de ellos fue conseguido por Gemma Mengual y Paola Tirados en Sídney 2000. Cuatro años después, Mengual y Tirados repitieron en Atenas en dúo y fueron acompañadas en equipos por Alicia Sanz, Ana Montero, Andrea Fuentes, Irina Rodríguez, Raquel Corral, Ione Serrano y Tina Fuentes.
-Los Ángeles 1984
- Anna Tarrés Campa: 16ª en dúo
- Mònica Antich López: 16ª en dúo
- Rosa Costa Soler: 17ª en solo
-Seúl 1988
- Eva López Morales: 14ª en solo, 14ª en dúo
- Nuria Ayala Mitjavila: 14ª en dúo
- Marta Amorós Romagosa: suplente (no debutó en competición)
-Barcelona 1992
- Eva López Morales: 13ª en solo, 13ª en dúo
- Marta Amorós Romagosa: 13ª en dúo
- Nuria Ayala Mitjavila: suplente (no debutó en competición)
-Sídney 2000
- Gemma Mengual Civil: 8ª en dúo (diploma olímpico)
- Paola Tirados Sánchez: 8ª en dúo (diploma olímpico)
-Atenas 2004
- Alicia Sanz Rodríguez: 4ª en equipos (diploma olímpico, suplente)
- Ana Montero Pacheco: 4ª en equipos (diploma olímpico)
- Andrea Fuentes Faché: 4ª en equipos (diploma olímpico)
- Gemma Mengual Civil: 4ª en dúo (diploma olímpico), 4ª en equipos (diploma olímpico)
- Irina Rodríguez Álvarez: 4ª en equipos (diploma olímpico)
- Paola Tirados Sánchez: 4ª en dúo (diploma olímpico), 4ª en equipos (diploma olímpico)
- Raquel Corral Aznar; 4ª en equipos (diploma olímpico)
- Saray Ione Serrano Afonso: 4ª en equipos (diploma olímpico)
- Tina Fuentes Faché: 4ª en equipos (diploma olímpico)
-Pekín 2008
- Alba María Cabello Rodilla: PLATA en equipos
- Andrea Fuentes Faché: PLATA en dúo, PLATA en equipos
- Gemma Mengual Civil: PLATA en dúo, PLATA en equipos
- Gisela Morón Rovira: PLATA en equipos (suplente)
- Irina Rodríguez Álvarez: PLATA en equipos
- Laura López Valle: PLATA en equipos
- Paola Tirados Sánchez: PLATA en equipos
- Raquel Corral Aznar: PLATA en equipos
- Thais Henríquez Torres: PLATA en equipos
-Londres 2012
- Alba María Cabello Rodilla: BRONCE en equipos
- Andrea Fuentes Faché: PLATA en dúo, BRONCE en equipos
- Clara Basiana Cañellas: BRONCE en equipos
- Irene Montrucchio Beaus: BRONCE en equipos
- Laia Pons Areñas: BRONCE en equipos (suplente)
- Margalida Crespí Jaume: BRONCE en equipos
- Ona Carbonell Ballestero: PLATA en dúo, BRONCE en equipos
- Paula Klamburg Roque: BRONCE en equipos
- Thais Henríquez Torres: BRONCE en equipos
Espaestad 