2012 m. Londono vasaros olimpinėse žaidynėse Sjöström varžėsi keturiose individualiose varžybose, pasiekė 50 m laisvosios stiliaus, 100 m laisvosios stiliaus ir 200 m laisvosios stiliaus pusfinalus ir baigė ketvirtą finalą
100 metrų drugeliu - 57,17 sekundės. Sjöströmo pasaulio rekordą šioje lenktynėje sulaužė Dana Vollmer iš Jungtinių Valstijų. Tačiau 2015 m. Sjöströmas atgavo pasaulio rekordą, du kartus jį patobulindamas Pasaulio čempionate Kazane.