Botvinnik werd geselecteerd voor het team van de Sovjet-Olympiade van 1954 tot 1964 inclusief, en hielp zijn team om gouden medailles te behalen elk van die zes keer. In Amsterdam in 1954
Hij won de gouden medaille met 81⁄2/11. Daarna was hij weer aan boord van de eerste ronde en scoorde 91⁄2/13 voor de bronzen medaille. Voor München 1958 scoorde hij 9/12 voor de zilveren medaille op board één. Op Leipzig 1960 speelde hij board twee achter Mikhail Tal, nadat hij zijn titel eerder dat jaar had verloren aan Tal, maar hij won de board twee gouden medaille met 101⁄2/13. Hij was terug aan boord van een voor Varna 1962, scoorde 8/12, maar slaagde er niet in om een medaille te winnen voor de enige keer op een Olympische Spelen. Zijn laatste Olympische Spelen waren in Tel Aviv 1964, waar hij het brons won met 9/12, speelend op bord 2, omdat hij zijn titel had verloren aan Petrosian. In totaal scoorde hij in zes Olympische Spelen 541⁄2/73 voor een uitstekende