Na olimpiadzie w Pekinie w 2008 roku, Fraser-Pryce zmierzyła się z amerykańskim trionem Torri Edwards, Muna Lee i odznaczoną sprinterką Lauryn Williams, wygrywając swój heat, ćwierćfinał i półfinał. W finale na 100 metrów
, prowadziła Jamajkę do zdobycia medali, a Sherone Simpson i Kerron Stewart zdobyły srebrne medale w 10.98 s (brąz nie został przyznany). Powtórzyła sukces współobywatela Usaina Bolt'a z poprzedniej nocy, stając się pierwszą kobietą z Karaibów, która zdobyła złoto na 100 m na Igrzyskach Olimpijskich. Jej zwycięski czas 10,78 s również trafił na nagłówki gazet - nie tylko poprawiła się o 0,53 sekundy w stosunku do najlepszego wyniku w poprzednim sezonie, ale także była drugą najszybszą w historii olimpijskiej w tym czasie, za rekordem olimpijskim Florencji Griffith Joyner z 1988 roku. W sztafecie 4 × 100 m, Fraser-Pryce biegła na czele obok Stewart, Simpson i Campbell-Brown. Zespół z Jamajki wygrał swój wyścig i zakwalifikował się jako najszybszy do finału. Jednakże w finale nastąpiło rozczarowanie, gdy nieudana wymiana batonów doprowadziła do ich dyskwalifikacji.