L'Unione Sovietica partecipò ai Giochi della XVIII Olimpiade, svoltisi a Tokyo dal 10 al 24 ottobre 1964, con una delegazione di 317 atleti impegnati in 19 discipline per un totale di 154 competizioni. Portabandiera alla cerimonia di apertura fu Jurij Vlasov, campione olimpico a Roma 1960 nel sollevamento pesi.
La squadra sovietica, alla sua quarta partecipazione ai Giochi estivi, conquistò 30 medaglie d'oro, 31 d'argento e 35 di bronzo, che le valsero il secondo posto nel medagliere complessivo dietro gli Stati Uniti. Nei medaglieri per disciplina i sovietici conclusero al primo posto nella canoa/kayak, nella pallavolo, nel pentathlon moderno e nel sollevamento pesi. A livello individuale va segnalata l'impresa di Tamara Press, vincitrice sia nel getto del peso che nel lancio del disco.