《马力欧和索尼克在伦敦2012奥林匹克运动会》（日语：マリオ&ソニック AT ロンドンオリンピック，英语：Mario and Sonic at London 2012 Olympic Games）为玛力欧和索尼克在奥林匹克运动会系列的第三部游戏，这是该系列第一次有表现奥运会主办城市的经典地标。本游戏为奥运官方指定游戏，也是玛力欧和索尼克在奥林匹克运动会系列第一次在3DS平台上推出的游戏。

《马力欧和索尼克在伦敦2012奥林匹克运动会》和上作游戏马力欧与索尼克在北京奥林匹克运动会有许多不同，有加入了许多新项目，但也有一些旧项目移除，另外梦幻竞技项目不再是隐藏项目，玩家的Mii人物也可以上场比赛(一般Mii的体格能力方面和玛力欧一样)，也可以换Mii的服装来提升能力。玩家每一次玩完一个项目就可以得到一张刮刮乐卡片，就有机会刮中Mii服装以及马力欧和索尼克历代游戏系列里的音乐(本游戏也首次可以让玩家自行选奥林匹克项目和梦幻竞技项目的背景音乐)。本游戏也有伦敦派对(London Party)，四个玩家要用马力欧和索尼克或Mii人物在伦敦收集贴纸互相竞技，游戏也设置了挑战任务，玩家要在奥林匹克项目和梦幻竞技项目里达成某个挑战所叙述的任务的话，就完成那个挑战或那一级的挑战(有些挑战也有分级)，也可以用无线网络Wi-Fi链接和全球的玩家比成绩。

注：括号内为大陆官方神游科技的人物译名

有‘’为马力欧与索尼克在奥林匹克运动会原创项目

田径

(新)足球

马术

游泳

‘乒乓球’

(新)羽毛球

(新)沙滩排球

(新)皮划艇(双人)

(新)自行车

体操

手枪射击

‘击剑’

曾有在马力欧与索尼克在奥林匹克运动会Wii出现但已取消的项目:

田径

射箭

皮划艇(单人)

射击

游泳

体操

本游戏和前两作游戏不同，梦幻竞技项目不再是隐藏项目。

“ 耀西的故事的主题”。

“ 马力欧赛车Wii的牛牛农场的主题”。

“ 索尼克大冒险中风之谷中的主题”。

“ 索尼克英雄中公路宾果主题”。

“ 超级马力欧银河中战斗岩石银河的主题”。

“ 索尼克大冒险2中 クレイジーガジェット的主题”。

“ 新超级马力欧兄弟Wii中 WORLD-4的主题”。

“ 索尼克英雄中 大都会的主题”。

“ 索尼克英雄中 オーシャンパレス的主题”。

“ 超级马力欧银河2中 天空岛银河的主题”。

本游戏的奥林匹克项目为玛力欧和索尼克在奥林匹克运动会系列含量之最，几乎含所有奥林匹克项目。

注：本次3DS版取消了梦幻竞技项目。