Muffat pääsi kolmeen kilpailuun Lontoon kesäolympialaisissa 2012. Hän voitti 400 metrin vapaasti juoksevassa olympialaisissa uuden ennätyksen ja 200 metrin vapaasti juoksevassa olympialaisessa hopeamitalin. Myös hänen 4 × 200 m vapaasti
Joukkue voitti pronssimitalin 7: 47.49:ssa. [Camille Muffat (1:55.51); Charlotte Bonnet (1:57.78); Ophélie-Cyrielle Étienne (1:58.05); Coralie Balmy (1:56.15)]. Hän yhtyi Laure Manaudon vuoden 2004 olympialaisten saavutukseen yhdellä kullalla, yhdellä hopealla ja yhdellä pronssilla, ja hänestä tuli myös kolmas ranskalainen Micheline Ostermeyerin ja Manaudon jälkeen, joka voitti kolme mitalia yhdessä kesä- tai talviolympialaisissa.