ประเทศลักเซมเบิร์ก เข้าร่วมแข่งขันกีฬาโอลิมปิกฤดูร้อนครั้งที่ 31 ค.ศ. 2016 (พ.ศ. 2559) ณ รีโอเดจาเนโร ประเทศบราซิล ระหว่างวันที่ 5 สิงหาคม – 21 สิงหาคม พ.ศ. 2559 คณะกรรมการโอลิมปิกแห่งชาติลักเซมเบิร์กได้ส่งทีมนักกีฬาที่ผ่านการคัดเลือกทั้งหมด 10 คน เข้าร่วมแข่งขันใน 5 ชนิดกีฬา และได้รับเหรียญรางวัลจากการแข่งขันครั้งนี้ได้แก่ 0 เหรียญทอง 0 เหรียญเงิน รวมทั้งหมด 0 เหรียญ