中国国奥队首次参加奥运预选赛是在1980年莫斯科奥运会，当时亚洲区分为三个小组，每个小组的头名晋级奥运会。
最终中国队获得小组第三，科威特、伊拉克和叙利亚代表亚洲参加了奥运会。
1988年国奥队首次晋级奥运会
1984年洛杉矶奥运会预选赛预选赛当时亚洲区分为三个小组，每个小组的头名晋级奥运会。
最终中国队获得小组第三，沙特、卡塔尔和伊拉克代表亚洲参加了奥运会。
1988年汉城奥运会是国奥队首次通过预选赛晋级奥运会，也是到目前为止唯一的一次。
亚洲区预选赛分东、西亚区进行，两个赛区的头名晋级奥运会，这届比赛因为韩国是东道主所以没有参加预选赛。
最终中国国奥队在东亚区第二轮比赛中以5胜1负的成绩力压日本，排名小组头名，晋级奥运会。
1992年巴塞罗那奥运会预选赛修改了赛制，国奥队在第一阶段以小组第一晋级6强赛，在6强赛中国队获得小组第四，前三名的卡塔尔、韩国、科威特代表亚洲参加了奥运会。
1996年亚特兰大奥运会预选赛再次修改了赛制国奥队在第一阶段以小组第一晋级8强赛，在8强赛的分组比赛中仅取得小组第三被淘汰，沙特、韩国、日本代表亚洲参加了奥运会。
2000年悉尼奥运会预选赛再次修改了赛制国奥队在第一阶段以小组第一晋级9强赛，在9强赛的分组比赛中取得小组第二被淘汰，科威特、韩国、日本代表亚洲参加了奥运会。
2004年雅典奥运会预选赛再次修改了赛制国奥队成功晋级12强赛，在12强赛的分组比赛中取得小组第三被淘汰，韩国、日本、伊拉克代表亚洲参加了奥运会。
2008年国奥队以东道主身份参加奥运会董方卓打入唯一进球
2008年国奥队以东道主身份晋级奥运会，董方卓在对阵新西兰时打进了国奥队在奥运会上的唯一进球。
2012年伦敦奥运会预选赛国奥队未能成功晋级12强赛，在预选赛第二轮即遭到淘汰。
最近三届U23亚洲杯都在小组赛被淘汰
从2016年开始，不再单独举办奥运预选赛，当年的U23亚洲杯比赛同时也作为奥运会预选赛，排名前三的球队将自动获得奥运会的参赛资格。
在2016和2020两届比赛国奥队的表现都不尽人意，小组赛都是三战皆负，2020年的比赛更是一球未进。
在2024年的比赛中国奥队2负1胜，终结了小组赛不胜的尴尬记录，但是国奥队想要再次晋级奥运会依然是一个很难实现的目标。
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