2012. aasta Londoni suveolümpiamängudel võistles Sjöström neljas individuaalses võistluses, jõudes 50 m vabasõidu, 100 m vabasõidu ja 200 m vabasõidu poolfinaali ning lõpetades 100 m liblikafinaalis neljandana.
ajast 57.17. Sjöströmi maailmarekordi murdis selles võidus Dana Vollmer Ameerika Ühendriikidest. 2015. aastal taastas Sjöström maailma rekordi, parandades seda kaks korda Kazanis toimunud maailmameistrivõistlustel.