ในพิธีเปิดโอลิมปิกฤดูร้อน 2020 สมเด็จพระจักรพรรดินารูฮิโตะ เสด็จพระราชดำเนินทรงเป็นองค์ประธาน พร้อมด้วยโทมัส บัค ประธานคณะกรรมการโอลิมปิกสากล ในการนี้ สมเด็จพระจักรพรรดิในฐานะพระประมุขแห่งรัฐตามกฎบัตรโอลิมปิก ทรงมีพระราชดำรัสเปิดการแข่งขัน นับเป็นจักรพรรดิญี่ปุ่นพระองค์ที่สามที่ทรงเปิดการแข่งขันกีฬาโอลิมปิก ต่อจากสมเด็จพระจักรพรรดิฮิโระฮิโตะ พระบรมอัยกาธิราช (โอลิมปิกฤดูร้อน 1964, โอลิมปิกฤดูหนาว 1972) และสมเด็จพระจักรพรรดิอากิฮิโตะ พระบรมชนกนาถ (โอลิมปิกฤดูหนาว 1998) นอกจากนี้ สมเด็จพระจักรพรรดินารูฮิโตะ ยังทรงเป็นองค์พระบรมราชูปถัมภกกิตติมศักดิ์ในการแข่งขันโอลิมปิกและพาราลิมปิกฤดูร้อน 2020[5] อย่างไรก็ตาม สมเด็จพระจักรพรรดินีมาซาโกะ รวมถึงสมาชิกราชวงศ์ญี่ปุ่นพระองค์อื่น ๆ มิได้ตามเสด็จในพิธีเปิดด้วย[6]

นอกจากนี้ ยังมีบุคคลสำคัญอื่นที่เข้าร่วมพิธี อาทิ แอมานุแอล มาครง ประธานาธิบดีฝรั่งเศส เจ้าภาพ โอลิมปิกฤดูร้อน 2024, จิล ไบเดิน สุภาพสตรีหมายเลขหนึ่งสหรัฐ เจ้าภาพ โอลิมปิกฤดูร้อน 2028, แกรนด์ดยุกอ็องรีแห่งลักเซมเบิร์ก, เจ้าชายอาลแบร์ที่ 2 องค์อธิปัตย์แห่งโมนาโก, พัน กี-มุน อดีตเลขาธิการสหประชาชาติ, เตโวโดรส อัดฮาโนม ผู้อำนวยการองค์การอนามัยโลก และ พิพัฒน์ รัชกิจประการ รัฐมนตรีว่าการกระทรวงการท่องเที่ยวและกีฬาของไทย เป็นต้น

นาโอมิ โอซากะ นักกีฬาเทนนิส เป็นผู้จุดไฟในกระถางคบเพลิง[7] ซึ่งออกแบบโดยโอกิ ซาโต ศิษย์เก่ามหาวิทยาลัยวาเซดะ เช่นเดียวกับโยชิโนริ ซาไก ผู้จุดไฟในกระถางคบเพลิงเมื่อปี 1964[8]