2013年9月7日の国際オリンピック委員会（IOC）総会で開催地に決定。IOC委員の投票でイスタンブール（トルコ）、マドリード（スペイン）に大差をつけた。日本は、1988年夏季大会（ソウル）で名古屋、2008年夏季大会（北京）で大阪、16年夏季大会（リオデジャネイロ）で東京と3連敗だったオリンピックの招致レースで雪辱を果たした。東京での開催は1964年以来56年ぶりで、2度目の開催はアジアで初めてになる。会期は7月24日から8月9日までの17日間。会場は64年大会で使用された施設を活用する「ヘリテッジゾーン」（ヘリテッジは「遺産」の意）と、新設の競技場が多い「東京ベイゾーン」に分かれる。東日本大震災からの「復興五輪」を掲げ、聖火リレーは被災地を巡る予定。オリンピックとパラリンピックの開催準備が同じ組織で進められ、2014年1月に2020年東京オリンピック・パラリンピック組織委員会が発足、森喜朗元首相が会長に就任した。パラリンピックの会期は8月25日から9月6日までの13日間。建設コストを削減するため、競技会場を見直す。IOCのオリンピック改革（→オリンピック・アジェンダ2020）で開催都市が追加種目を提案できるようになり、東京オリンピックでも希望種目の実施が可能になった。