Азербайджан на летних Олимпийских играх 2016 был представлен 56 спортсменами в 14 видах спорта. 36 спортсменов выступали на Олимпийских играх впервые: команда впервые была представлена в триатлоне, стрельбе из лука, велосипедном спорте в треке и каноэ-слаломе. Вместе с тем впервые с 1996 года Азербайджан не был представлен в тяжёлой атлетике по причине потери олимпийских лицензий. Азербайджан в Рио-де-Жанейро также представляли трое судей (на соревнованиях по борьбе, гимнастике и боксу), 34 тренера, шесть врачей, физиотерапевты и технические работники.
На Олимпийских играх 2016 года спортсмены Азербайджана завоевали 18 медалей: одну золотую, 7 серебряных и 10 бронзовых. Азербайджан впервые взял медали в гребле и тхэквондо. В итоге сборная заняла 39-е место в неофициальном общекомандном зачёте по количеству золотых медалей; по общему количеству наград она разделила с Новой Зеландией 14—15-е места, лишь на одну медаль отстав от страны-хозяйки Бразилии, заняла седьмое место среди стран Европы, второе — среди республик бывшего Советского Союза и первое — среди мусульманских стран. В рейтинге соотношения общего числа завоёванных медалей к числу спортсменов Азербайджан занял 1-е место, в рейтинге соотношения завоёванных медалей на миллион жителей страны — 8-е место.
На церемонии открытия Олимпийских игр знаменосцем сборной стал бронзовый призёр Игр 2012 года боксёр Теймур Мамедов, а на церемонии закрытия — бронзовый призёр Рио борец Гаджи Алиев. В состав сборной Азербайджана для участия в Играх 2016 года вошёл целый ряд олимпийских призёров, среди них олимпийские чемпионы Тогрул Аскеров, Шариф Шарифов (вольная борьба) и Инна Осипенко-Радомская (гребля на байдарках). Больше половины представлявших Азербайджан на Олимпийских играх спортсменов были натурализованными, 12 из них завоевали медали.
На Олимпийских играх в Рио-де-Жанейро сборная Азербайджана завоевала наибольшее количество медалей за свою историю — 18, что на 8 медалей больше, чем за четыре года до этого в Лондоне. Впервые в истории спортсмены Азербайджана удостоились олимпийских медалей в тхэквондо и гребле на байдарках и каноэ, а также серебряных медалей в боксе и дзюдо. Азербайджанским спортсменам удалось завоевать рекордное количество медалей — 9 — в традиционном для Азербайджана виде спорта — борьбе. Если многие призёры впервые стали медалистами Олимпийских игр, то борцы Хетаг Газюмов и Мария Стадник стали уже трёхкратными олимпийскими призёрами, а Тогрул Аскеров и Шариф Шарифов — двукратными. Инна Осипенко-Радомская завоевала в Рио свою пятую олимпийскую медаль в карьере (первые четыре она выигрывала, выступая за Украину).