Viết tiếp cho đoạn này - Tại Thế vận hội Mùa hè 2012 ở London, Sjöström thi đấu trong bốn sự kiện cá nhân, lọt vào bán kết của 50 m tự do, 100 m tự do và 200 m tự do, và kết thúc thứ 4 trong trận chung kết của 100 m bướm
trong một thời gian của 57,17. Kỷ lục thế giới của Sjöström đã bị phá vỡ trong cuộc đua này bởi Dana Vollmer của Hoa Kỳ. Tuy nhiên vào năm 2015, Sjöström đã lấy lại kỷ lục thế giới bằng cách cải thiện nó hai lần tại Giải vô địch thế giới ở Kazan.