Đông Timor đã gia nhập nhiều hiệp hội thể thao quốc tế, gồm cả Hội đồng Olympic Quốc tế (IOC). Ban giám đốc IOC đã trao quyền công nhận đầy đủ cho Uỷ ban Olympic Đông Timor (COTL). IOC đã cho phép một đội bốn thành viên chủ yếu mang tính biểu tượng tham gia Olympic Sydney năm 2000 dưới lá cờ Olympic "Các vận động viên Olympic độc lập." Federação de Timor-Leste de Atletismo đã gia nhập Hiệp hội các Liên đoàn Điền kinh Quốc tế (IAAF). Federação de Badminton de Timor-Leste đã gia nhập Liên đoàn Cầu lông Quốc tế (IBF) vào tháng 4 năm 2003. Liên đoàn Đua xe đạp Đông Timor đã gia nhập Union Cycliste Internationale. Confederação do Desporto de Timor Leste đã gia nhập Liên đoàn Cử tạ Quốc tế. Đông Timor cũng là một thành viên đầy đủ của Liên đoàn Bóng bàn Quốc tế (ITTF). Tháng 9 năm 2005, Đội tuyển bóng đá quốc gia Đông Timor đã gia nhập FIFA.

Đông Timor đã tham gia vào nhiều sự kiện thể thao. Dù không đạt được huy chương, các vận động viện Đông Timor đã có cơ hội cạnh tranh với các vận động viên Đông Nam Á khác tại SEA Games 2003 được tổ chức tại Việt Nam năm 2003. Trong Paralympics Games 2003 ASEAN, cũng được tổ chức ở Việt Nam, Đông Timor đã giành một huy chương đồng. Tại Olympic Athens năm 2004, sáu vận động viên nước này đã tham gia ba môn: điền kinh, cử tạ và đấm bốc. Đông Timor đã giành ba huy chương môn Arnis tại SEA Games 2005. Đông Timor cũng là một trong các quốc gia tranh tài tại Lusophony Games đầu tiên, giành được một huy chương đồng môn bóng chuyền nữ (đứng thứ ba trong ba đội), dù thực tế đội tuyển đã thua cả ba trận đấu. Ngày 30 tháng 10 năm 2008, Đông Timor đã giành được điểm quốc tế đầu tiên trong một trận đấu của FIFA với tỷ số hoà 2-2 trước Campuchia. Tại SEA Games 26 tổ chức tại Indonesia, đội tuyển U23 Đông Timor đã gây bất ngờ khi lần lượt đánh bại hai đối thủ là U23 Brunei và U23 Philippines. Đây là những chiến thắng đầu tiên của U23 Đông Timor tại đấu trường này.[51]