Thể thao cũng ghi nhiều dấu ấn trong lịch sử thành phố Paris. Từ thế kỷ 12 đã xuất hiện môn jeu de paume, một trò chơi tương tự quần vợt. Trong thời kỳ Cách mạng Pháp, môn thể thao này đã đi vào lịch sử với Lời tuyên thệ Jeu de paume, một sự kiện quan trọng.

Paris đã hai lần đăng cai Thế vận hội mùa hè vào năm 1900 và 1924. Ngoài ra, thành phố còn tranh cai tổ chức vào các năm 1992, 2008 và 2012 nhưng không thành công, lần lượt để lọt vào tay Barcelona, Bắc Kinh và Luân Đôn. Trong hai lần Pháp đăng cai Giải vô địch bóng đá thế giới vào 1938 và 1998, Paris đều là thành phố quan trọng. Trong đó năm 1998, đội tuyển Pháp đã giành chức vô địch tại sân Stade de France. Paris cũng từng đăng cai các trận đấu tại Giải vô địch bóng đá châu Âu 2016.

Paris còn là địa điểm của một trong những giải quần vợt quan trọng nhất: Giải Roland-Garros. Đại lộ Champs-Élysées là chặng cuối của giải đua xe đạp nổi tiếng Tour de France. Thành phố có một số câu lạc bộ thể thao chính: Paris Saint-Germain môn bóng đá, Paris-Levallois Basket môn bóng rổ, Paris Handball môn bóng ném, Stade français CASG Paris môn bóng bầu dục.

Toàn Paris hiện nay có 360 địa điểm thể thao: 172 sân tennis; 131 phòng tập thể dục thuộc chính quyền thành phố; 36 bể bơi đón 3,4 triệu lượt người năm 2006; 10 bể bơi trong trường học; 32 sân vân động thuộc thành phố; hai địa điểm dành cho môn bơi thuyền[128]. Những trường đại học ở ngoại ô cũng có các khu thể thao riêng. Người dân Paris còn chơi một số môn đơn giản như bi sắt, cờ vua tại các công viên, vườn hoa.

Sân vận động Công viên các hoàng tử (Parc des Princes) của Paris được hoàn thành từ năm 1897 nằm ở phía tây nam thành phố, tới năm 1972 được xây dựng lại. Sân vận động này có sức chứa 45.500 chỗ ngồi, và là sân nhà của đội Paris Saint-Germain[129]. Khu thể thao liên hợp Paris-Bercy nằm ở Quận 12 được hoàn thành năm 1984. Ngoài các hoạt động thể thao, nó còn là nơi tổ chức nhiều buổi hòa nhạc lớn[130]. Sân Stade Charléty ở Quận 13, có từ năm 1939 và được xây lại năm 1994, là nơi lý tưởng cho những người chơi thể thao của thành phố. Stade Charléty bao gồm một sân điền kinh 20.000 chỗ và một phòng đa thể thao với sức chứa 1.500 người[131]. Sân Stade de France được xây dựng cho Giải vô địch bóng đá thế giới 1998 có sức chứa 80.000 chỗ tại Saint-Denis, ngoại ô phía bắc Paris. Sân còn được Đội tuyển bóng đá quốc gia Pháp chọn làm sân nhà cho các trận thi đấu quốc tế. Ngoài bóng đá, sân vận động này còn là địa điểm của các trận bóng bầu dục quan trọng.

Tại rừng Vincennes phía đông Paris còn có trường đua Vincennes từ năm 1863. Đây là nơi tổ chức một số giải đua ngựa như Prix de Paris, Prix de France, Prix d'Amérique...

Paris sẽ là thành phố tổ chức Thế vận hội Mùa hè 2024 và Thế vận hội Paralympic Mùa hè 2024.