Luxemburg sportolói összesen 29 olimpián vettek részt. A Luxemburgi Olimpiai és Sportbizottságot1912-ben alapították meg, így a luxemburgi olimpikonok már részt vehettek az az évi stockholmi játékokon.
Az utóbbi időkben került köztudomásra, hogy Michael Théato, aki az 1900-as párizsi játékokon versenyzett francia színekben, luxemburgi származású volt, ennek ellenére az általa nyert maratonért járó aranyat a NOB nem Luxemburgnak, hanem Franciaországnak jegyzi.
Luxemburg a téli olimpiai játékokon1928-ban vett részt első alkalommal, és mindössze 7 téli játékokon képviseltette magát, ennek ellenére Luxemburg volt az egyike az első téli játékokon részt vevő országoknak, ám viszonylag kevés versenyszámban indultak. A hét olimpiájuk alatt két érmet szereztek: mindkettő ezüst, és Marc Girardelli nyerte 1992-ben.
Az ország St. Moritz-i első, és garmisch-partenkircheni második szereplése után Luxemburg tíz téli játékokon nem indított olimpikont. Az ország kis tengerszint feletti magassága miatt (a legmagasabb pont mindössze 560 méter magas) Luxemburgnak kis létszámú sportolója volt a téli sportok terén.
Sem Girardelli, sem Luxemburg nem szerzett érmet téli olimpiai játékon 1992 óta, de az ország visszatérését a téli játékokra nagyban elősegítette a következő sportünnepeken a két korcsolyázó, Patrick Schmit (1998-ban) és Fleur Maxwell (2006-ban).