Astérix et Obélix devront remporter les Jeux Olympiques, permettre au jeune Gaulois Alafolix d'épouser la Princesse Irina et lutter contre le terrible Brutus, prêt à tous les stratagèmes, pour lui aussi gagner les Jeux Olympiques et se débarrasser de son père : Jules César.
TournageAstérix aux Jeux Olympiques a été presque intégralement tourné dans le complexe cinématographique de la Ciudad de la Luz (les plus grands d'Europe), près d'Alicante (sud-est de l'Espagne) de juin à octobre 2006, pour un coût d'environ 32 millions d'euros.
Ce site a été choisi parmi plusieurs en Europe et en Afrique du Nord notamment en raison de la situation climatique et des vastes installations neuves déjà existantes permettant d'accueillir les décors de grandes tailles, comme le stade olympique d'une longueur de 300 m et ayant nécessité plus de 450 personnes.
Afin de décider les producteurs à choisir l'Espagne par rapport au Maroc, la région de Valence a versé plus de 5 millions d'euros à la production qui a fait appel à des techniciens français ou madrilènes.
Quelques scènes, notamment celles du village gaulois, ont été tournées dans la forêt de Fontainebleau.
DistributionClovis Cornillac a remplacé Christian Clavier dans le rôle d'Astérix. Jean-Pierre Cassel, interprétant son dernier rôle, est le troisième acteur, après Claude Piéplu et Claude Rich, à jouer le druide Panoramix. Alain Delon est lui le troisième à interpréter Jules César, après Gottfried John et Alain Chabat. Gérard Depardieu (Obélix) est le seul acteur a voir tenu le même dans les trois films. Adriana Karembeu reprend le rôle de la femme d'Agecanonix, tenu par Arielle Dombasle dans le premier film. Jamel reprend également son rôle de Numerobis.
De nombreuses célébrités ont fait une courte apparition dans le film, souvent jouant leur propre rôle comme Michael Schumacher, Jean Todt, Zinedine Zidane, Tony Parker ou Amélie Mauresmo. Le rôle de l'athlète romain Claudius Cornedurus (Gluteus Maximus), interpété par Jérôme Le Banner, devait initiallement revenir à Jean-Claude Van Damme.
Clovis Cornillac : Astérix
Gérard Depardieu : Obélix
Stéphane Rousseau : Alafolix
Vanessa Hessler : Irina, princesse grecque
Benoît Poelvoorde : Marcus Junius Brutus
Alain Delon : Jules César
Jérôme Le Banner : Claudius Cornedurus
José Garcia : Couverdepus
Franck Dubosc : Assurancetourix
Jean-Pierre Cassel : Panoramix
Alexandre Astier : Claudius Malosinus
Michael Bully Herbig : Pasunmotdeplus
Santiago Segura : Docteurmabus
Sim : Agecanonix
Adriana Karembeu : Madame Agecanonix
Paolo Kessisoglu : le juge Beta
Luca Bizzari : le juge Alpha
Elie Semoun : le juge Omega
Eduardo Gomez : Cétautomatix
Bouli Lanners : Samagas, roi de Grèce
Monica Cruz : Esmeralda (scènes coupées)
Éric Thomas : Abraracourcix
Dorothée Jemma : Bonemine
Nathan Jones : Humungus
Francis Lalanne : Francix Lalanix
Amélie Mauresmo : Amélix
Zinedine Zidane : Numérodis
Tony Parker : Tonus Parker
Michael Schumacher : Michael
Jean Todt : Jean
Jamel Debbouze : Numérobis
Dany Brillant : le goûteur de miroir
Jean-Pierre Castaldi : Caius Bonus
Stéphane de Groodt : Numéric
Arnold Overhaart : Stopix
Luis Valdivieso Capell : Nésousix
Íñigo Navares : Patafix
Vernon Dobtcheff : Un druide
Vincent Moscato : Le lutteur Goth
Arsène Mosca : L'envoyé du roi de Grèce
Pierre Tchernia : le narrateur (voix)