Muffat kvalifitseeriti Londoni 2012. aasta suveolümpiamängudel kolmes võistlusvaldkonnas osalema. Ta võitis kuldmedali 400 meetri vabasõidus uue olümpiamärgiga, samuti hõbemedaali 200 meetri vabasõidus. Samuti tema 4 × 200 m vabas stiilis
meeskond võitis pronssmedali ajaga 7:47.49. [Camille Muffat (1:55.51); Charlotte Bonnet (1:57.78); Ophélie-Cyrielle Étienne (1:58.05); Coralie Balmy (1:56.15) ]. Ta võrdles seega Laure Manaudou 2004. aasta olümpiamängude saavutust ühe kulla, ühe hõbeda ja ühe pronksist ning sai ka ainult kolmandaks prantslasteks pärast Micheline Ostermeyerit ja Manaudou, kes võitis kolm medalit ühes suve- või talveolümpiamängudes.