2012 m. vasaros olimpinėse žaidynėse Londone Muffat kvalifikuota dalyvauti trijuose varžybose. Ji laimėjo aukso medalį 400 metrų laisvosios stiliaus lenktynėse, sukurdama naują olimpinį rekordą, taip pat sidabro medalį 200 metrų laisvosios stiliaus lenktynėse. Be to, jos 4 × 200 m laisvo stiliaus
Komanda laimėjo bronzinį medalį per 7:47.49 laiką. [Camille Muffat (1:55.51); Charlotte Bonnet (1:57.78); Ophélie-Cyrielle Étienne (1:58.05); Coralie Balmy (1:56.15) ]. Taip ji prilygino Laure Manaudou 2004 m. olimpinių žaidynių laimėjimui - vieną auksą, vieną sidabrą ir vieną bronzą. Be to, ji tapo tik trečiąja prancūze po Micheline Ostermeyer ir Manaudou, laimėjusia tris medalius vienoje vasaros ar žiemos olimpinėse žaidynėse.