奥林匹克运动会主办城市是指举办奥林匹克运动会的城市。第一届现代奥林匹克运动会，于1896年在
希腊的
雅典举办。而1916年、1940年及1944年的三届夏季奥林匹克运动会以及1940年及1944年连续两届的冬季奥林匹克运动会，都由于两次世界大战而被迫取消。除此之外，雅典在1906年主办的届间运动会并没有得到
国际奥林匹克委员会承认。
国际奥林匹克委员会于1999年的第110届国际奥林匹克委员会全体会议上，通过新的奥运会主办城市选举程序，整个申办过程需时约两年。通常在该届奥运举办的7年前，会投票确定主办城市（由1998年的长野冬季奥运会开始，例如2009年的国际奥委会全体委员大会投票选出2016年奥运的主办城市）。
首先，有意主办奥运会的城市必须在国际奥委会所订的限期前提交有意申请书及问卷调查；同时，有意主办的城市必须在同时提交申办会徽以及向国际奥委会发表10分钟的简报以介绍他们的管理团队；另一方面，国际奥委会也会向有意主办的城市审查有关在住宿、交通、保安等基本要求。
国际奥委会执行委员会在初次遴选过程后，列出符合可主办奥运会规格的城市为申请城市（applicant city）；有关申请城市通过国际奥委会执行委员会审查达到适当资格后，国际奥委会执行委员会会批准有关申请城市正式成为候选城市（candidate city），以授权有关城市进行下一步申办程序。
候选城市需在翌年，向国际奥委会评审委员会提交一份详细报告，并准备为该委员会成员在计划举办的选址等地进行实地考察。除非国际奥委会在两个月内会选出主办城市，否则评审委员会会就各城市的考察，向国际奥委会执行委员会提交评审报告。而国际奥委会委员以多轮绝对多数制，在国际奥委会全体委员大会上以不记名投票方式，选出得到超过半数选票的候选城市成为主办城市（host city）。由于
国际奥委会主席不会投票，因此若投票至最后一轮，两个候选城市票数相同时，国际奥委会主席则以自已的一票来决定主办权归属。
当选出所属奥运会的主办城市后，国际奥委会随即在当日和该城市签订《主办城市合约书》；合同书具有法律约束力的责任外，主办城市为其主办奥运会而设的组织委员会必须履行《
奥林匹克宪章》条文外，也要遵从国际奥委会的指示来主办奥运会。
奥林匹克运动会在欧洲国家举办42次，而其第42次于2026年举办；北美洲则举办15次，而单是美国已占四分之三。亚洲则举办过12次奥林匹克运动会，而南亚、中亚均未曾举办过。南美洲在巴西的里约热内卢首次举办了2016年夏季奥运会，并且又在阿根廷的首都布宜诺斯艾利斯举办了2018年夏季青奥会；大洋洲的澳大利亚举办过2次奥运会，并于2032年在布里斯班再举办1次。而随着塞内加尔首都达喀尔举办第4届夏季青年奥林匹克运动会，非洲大陆长期无缘主办奥运赛事的历史将正式宣告终结。
举办奥林匹克运动会的国家中，绝大多数都是以基督宗教（基督新教、东正教、罗马天主教等）为信仰的欧洲和北美国家；1964年的东京奥运会是首次由神道教与佛教信仰为主的日本所举办，在那之后的奥运会也大都是在以佛教、道教、儒教、中国民间信仰、神道教等信仰为主的中日韩三国所举办，而以伊斯兰信仰为主的国家中仍没有一国举办过奥运会。