Het synchroonzwemmen tijdens de Olympische Zomerspelen 2004 in Athene werd gehouden in het Olympic Aquatic Centre waar 104 deelnemers streden om twee gouden medailles bij de onderdelen duet en team. Elk onderdeel bestond uit een verplichte en een vrije oefening waarbij de punten uit beide onderdelen werden opgeteld.

Namens Nederland deden Bianca en Sonja van der Velden mee aan het onderdeel duet. Met een dertiende plaats bereikten ze de finaleronde net niet.

rang	sporters	land	technisch	vrij	totaal
1	Anastasia Davydova Anastasia Jermakova	RUS	49,417	49,917	99,334
2	Miya Tachibana Miho Takeda	JPN	49,000	49,417	98,417
3	Alison Bartosik Anna Kozlova	USA	48,334	48,584	96,918
4	Gemma Mengual Paola Tirados	ESP	47,917	48,334	96,251
5	Viriginie Dedieu Laure Thibaud	FRA	47,667	47,917	95,584
6	Fanny Létourneau Courtenay Stewart	CAN	47,500	47,834	95,334
7	Gu Beibei Zhang Xiaohuan	CHN	46,584	47,084	93,668
8	Beatrice Spaziani Lorena Zaffalon	ITA	46,500	46,750	93,250

rang	sporters	land	technisch	vrij	totaal
1	Jelena Azarova Olga Broesnikina Anastasia Davydova Anastasia Jermakova Elvira Chasjanova Maria Kiseljova Olga Novoksjtsjenova Anna Sjorina Maria Gromova	RUS	49,667	49,834	99,501
2	Michiyo Fujimaru Saho Harada Kanako Kitao Emiko Suzuki Miya Tachibana Miho Takeda Juri Tatsumi Yoko Yoneda Naoko Kawashima	JPN	49,167	49,334	98,501
3	Alison Bartosik Tamara Crow Rebecca Jasontek Anna Kozlova Sara Lowe Lauren McFall Stephanie Nesbitt Kendra Zanotto Erin Dobratz	USA	48,584	48,834	97,418
4	Raquel Corral Andrea Fuentes Tina Fuentes Gemma Mengual Ana Montero Irina Rodriguez Ione Serrano Paola Tirados Alicia Sanz	ESP	48,167	48,584	96,751
5	Erin Chan Jessica Chase Jessika Dubuc Marie-Pierre Gagne Fanny Létourneau Shayna Nackoney Anouk Renière-Lafrenière Courtenay Stewart Nicole Cargill	CAN	47,584	47,667	95,251
6	Chen Yu Gu Beibei He Xiaochu Hou Yingli Hu Ni Li Zhen Wang Na Zhang Xiaohuan Wu Man	CHN	47,084	47,500	94,584
7	Monica Cirulli Costanza Fiorentini Joey Paccagnella Elisa Plaisant Beatrice Spaziani Federica Stefanelli Lorena Zaffalon Laura Zanazza Sara Savoia	ITA	46,834	47,250	94,084
8	Aglaia Anastasiou Maria Christodoulou Eleftheria Ftouli Effrosyni Gouda Apostolia Ioannou Evgenia Koutsoudi Olga Pelekanou Christina Thalassinidou Eleni Georgiou	GRE	46,250	46,500	92,750

Plaats	Land	NOC	1 Goud	2 Zilver	3 Brons	Totaal
1	Rusland	RUS	2	0	0	2
2	Japan	JPN	0	2	0	2
3	Verenigde Staten	USA	0	0	2	2
Totaal			2	2	2	6

Zie ook: Lijst van Olympische Kampioenen/Synchroonzwemmen