2004年夏季奥林匹克运动会的篮球比赛在两个场地举行，历时15天，从8月14日－8月28日进行。预赛和淘汰赛将在赫里尼科奥林匹克体育馆里举行，而四分之一决赛、半决赛和决赛的比赛将在雅典奥林匹克体育中心的奥林匹克室内馆举行。分为男子篮球和女子篮球两个项目。

男子和女子篮球比赛各有12支队伍参赛。分为：

8月15日，美国“梦幻六队”以73：92惨败于波多黎各队，完全打破了美国篮球不可战胜的神话。

8月22日，女篮小组预赛结束，美国，西班牙、捷克、新西兰、澳大利亚、俄罗斯、巴西、希腊晋级。

8月23日，男篮小组预赛结束。西班牙、意大利、阿根廷、中国、立陶宛、希腊、波多黎各、美国晋级。

8月25日，女篮半决赛：美国队对俄罗斯队；巴西队对澳大利亚队。

8月27日，美国“梦四队”半决赛中81比89败于阿根廷队，无缘进入决赛。