Muffat hlaut að taka þátt í þremur greinum á Ólympíuleikunum í London árið 2012. Hún vann gullverðlaun í 400 m frjálsum hlaupi með nýju ólympíuskrá, auk silfurverðlauna í 200 m frjálsum hlaupi. Einnig, 4 × 200 m frjáls
Liðið vann bronsverðlaunin í tíma 7:47.49. [Camille Muffat (1:55.51); Charlotte Bonnet (1:57.78); Ophélie-Cyrielle Étienne (1:58.05); Coralie Balmy (1:56.15)]. Hún jafnaði þannig Laure Manaudou's 2004 Ólympíuleikunum árangur af einum gulli, einum silfri og einum brons, og varð einnig aðeins þriðja Frakkkonan eftir Micheline Ostermeyer og Manaudou til að vinna þrjú verðlaun í einum sumars eða vetrar Ólympíuleikum.