東京都は、開会式当日までの15日間にわたって、全62市区町村で聖火リレーを実施。
初日は、東京1964オリンピック競技大会の会場であった世田谷区・目黒区の駒沢オリンピック公園総合運動場　陸上競技場からスタート。

前半は、多摩地域。多摩ニュータウンが広がる南多摩、広大な山林が広がり多摩川が流れる西多摩、丘陵などの自然が住宅地の近隣に広がる北多摩をリレーし、東京都の島へと移動。伊豆諸島から世界自然遺産の小笠原諸島まで、景観や海洋資源、特産品などが存在する、島しょ地域全ての町村を聖火が訪問。

後半は、東京都区部。日本の経済・商業の中心地である銀座や日本橋、最先端の繁華街である六本木、高層ビルが立ち並ぶ新宿など、区部の様々なスポットなどをリレー。
最終日、最後のゴールセレブレーションは東京都庁。