Luân Đôn đã tổ chức Thế vận hội mùa hè hai lần, vào năm 1908 và 1948.[112][113] Tháng 7 năm 2005, Luân Đôn được chọn để đăng cai tổ chức Thế vận hội Olympic và Thế vận hội Paralympic vào năm 2012. Điều này sẽ khiến Luân Đôn trở thành thành phố đầu tiên trên thế giới đăng cai tổ chức Thế vận hội mùa hè ba lần.[10] Luân Đôn cũng tổ chức Thế vận hội Đế quốc Anh vào năm 1934.[114] Bóng đá là môn thể thao phổ biến và được ưa chuộng nhất của Luân Đôn. Thành phố này có 13 câu lạc bộ bóng đá liên đoàn, trong đó có 6 câu lạc bộ đang trực thuộc liên đoàn giải Premier League - giải bóng đá hạng cao nhất ở Anh, bao gồm Arsenal, Chelsea, Tottenham Hotspur, Crystal Palace và West Ham United.[115] Các đội bóng đá chuyên nghiệp khác ở Luân Đôn là Fulham, Queens Park Rangers, Brentford, Millwall, Charlton Athletic, AFC Wimbledon và Barnet.

Từ năm 1924, sân vận động Wembley gốc là sân nhà của đội tuyển bóng đá quốc gia Anh. Đây là sân vận động đã tổ chức trận chung kết World Cup 1966, khi đội tuyển Anh đánh bại Tây Đức 4-2 để lần đầu tiên lên ngôi vô địch thế giới, và là địa điểm cho các trận chung kết FA Cup cũng như trận chung kết Challenge Cup của môn rugby. Sân vận động Wembley mới phục vụ chính xác các mục đích tương tự và có sức chứa 90.000 chỗ ngồi.

Một trong những cuộc thi thể thao hàng năm nổi tiếng nhất của Luân Đôn là Giải vô địch quần vợt Wimbledon. Được chơi vào cuối tháng 6 đến đầu tháng 7, đây là giải đấu quần vợt lâu đời nhất trên thế giới, và được coi là giải đấu có uy tín nhất.

Luân Đôn cũng có bốn đội bóng bầu dục tại Giải ngoại hạng Aviva (London Ailen, Saracens, Wasps và Harlequins), mặc dù chỉ có đội Harlequins chơi tại Luân Đôn (cả ba đội khác chơi bên ngoài Đại Luân Đôn, dù đội Saracens vẫn chơi trong M25).[116] Các đội bóng bầu dục chuyên nghiệp khác trong thành phố gồm London Welsh, câu lạc bộ lớn thứ hai của giải RFU Championship, là đội chủ nhà của thành phố. Thành phố có các câu lạc bộ bóng bầu dục rất truyền thống khác, nổi tiếng nhất là London Scotland, Richmond FC, ​​Rosslyn Park FC và Blackheath F.C. Hiện nay có hai câu lạc bộ bóng bầu dục chuyên nghiệp ở Luân Đôn, gồm Harlequins Rugby chơi trong Giải siêu cúp châu Âu ('European Super League) tại sân vận động The Stoop và Giải vô địch bóng bầu dục quốc gia 1, đối đầu với câu lạc bộ London Skolars (tại Wood Green, thành phố Haringey của Luân Đôn).

Luân Đôn có hai sân Test cricket, bao gồm Lord (quê hương của Middlesex C.C.C.) ở St John's Wood và Oval (nhà của Surrey C.C.C.) ở Kennington. Sân Lord đã tổ chức bốn trận chung kết của World Cup Cricket và được gọi là Nhà của Cricket. Các sự kiện quan trọng hàng năm khác là hàng loạt sự tham gia của các thí sinh cho giải London Marathon, trong đó khoảng 35.000 vận động viên cố gắng một khóa học 26,2 dặm (42,2 km) xung quanh thành phố, và Đại hội Đại học đua thuyền trên sông Thames từ Putney đến Mortlake.