2012年夏季奥林匹克运动会男子400米自由泳比赛为2012年夏季奥林匹克运动会游泳比赛的其中一项竞赛项目，赛事于2012年7月28日在伦敦水上运动中心中举行。最终中国选手孙杨以3分40秒14的成绩以破亚洲纪录及奥运纪录获得金牌，为中国取得伦敦奥运首面游泳金牌，而孙杨亦成为奥运历史上首位中国运动员夺得男子游泳金牌。上届北京奥运金牌得主朴泰桓及荷兰选手彼得·范德尔卡伊获得银牌及铜牌。
奖牌榜项目奖牌榜
| 项目 | 金牌 | 银牌 | 铜牌 |
| 男子400米自由泳 | 孙杨（中国） | 朴泰桓（韩国） | 彼得·范德尔卡伊（美国） |
国家奖牌榜
| 排名 | 国家／地区 | 金牌 | 银牌 | 铜牌 | 总数 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 中国 | 1 | 0 | 0 | 1 |
| 2 | 韩国 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| 3 | 美国 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| 总数 | 1 | 1 | 1 | 3 |
以下是比赛前的世界纪录及奥运纪录：
| 世界纪录 | 保罗·比德尔曼（德国） | 3:40.07 | 意大利罗马 | 2009年7月26日 | |
| 奥运会纪录 | 伊恩·索普（澳大利亚） | 3:40.59 | 澳大利亚悉尼 | 2008年9月16日 |
以下是比赛后刷新的奥运纪录：
| 世界纪录 | 保罗·比德尔曼（德国） | 3:40.07 | 意大利罗马 | 2009年7月26日 | - |
| 奥运会纪录 | 孙杨（中国） | 3:40.14 | 英国伦敦 | 2012年7月28日 | - |
初赛
上届金牌得主朴泰桓因为被判起跳犯规，以分组预赛第一名完成比赛，但仍被取消资格，韩国队也随即向大会提出异议。其后朴泰桓的异议申请经过录影审查后，已经被改判，他被允许参加决赛。
| 名次 | 组别 | 线道 | 运动员 | 国家或地区 | 时间 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 4 | 4 | 孙杨 | 中国 | 3:45.07 | 晋级 |
| 2 | 4 | 5 | 彼得·范德尔卡伊 | 美国 | 3:45.80 | 晋级 |
| 3 | 4 | 7 | 康纳尔·德怀尔 | 美国 | 3:46.24 | 晋级 |
| 4 | 3 | 4 | 朴泰桓 | 韩国 | 3:46.68 | 晋级 |
| 5 | 3 | 2 | 格尔古·基什 | 匈牙利 | 3:46.77 | 晋级 |
| 6 | 4 | 3 | 郝运 | 中国 | 3:46.88 | 晋级 |
| 7 | 3 | 5 | 莱安·拿破仑 | 澳大利亚 | 3:47.01 | 晋级 |
| 8 | 3 | 6 | 大卫·加里 | 英国 | 3:47.25 | 晋级 |
| 9 | 2 | 5 | 瑞安·科克伦 | 加拿大 | 3:47.26 | |
| 10 | 4 | 6 | Pal Joensen | 丹麦 | 3:47.36 | |
| 11 | 2 | 3 | 罗伯特·伦维克 | 英国 | 3:47.44 | |
| 12 | 2 | 6 | Mads Glaesner | 丹麦 | 3:48.27 | |
| 13 | 2 | 4 | 保罗·比德尔曼 | 德国 | 3:48.50 | |
| 14 | 3 | 3 | 大卫·麦基翁 | 澳大利亚 | 3:48.57 | |
| 15 | 2 | 2 | Matthew Stanley | 新西兰 | 3:49.44 | |
| 16 | 4 | 8 | Cristian Quintero Valero | 委内瑞拉 | 3:50.44 | |
| 17 | 3 | 1 | Sergii Frolov | 乌克兰 | 3:50.63 | |
| 18 | 4 | 2 | 萨谬埃尔·皮泽蒂 | 意大利 | 3:50.93 | |
| 19 | 4 | 1 | Dominik Meichtry | 瑞士 | 3:51.34 | |
| 20 | 2 | 7 | Egor Degtyarev | 俄罗斯 | 3:52.33 | |
| 21 | 1 | 4 | Mateusz Sawrymowicz | 波兰 | 3:53.33 | |
| 22 | 3 | 8 | Matias Koski | 芬兰 | 3:54.96 | |
| 23 | 2 | 8 | Dorde Markovic | 塞尔维亚 | 3:55.35 | |
| 24 | 2 | 1 | 璜·马汀·裴瑞拉 | 阿根廷 | 3:56.76 | |
| 25 | 3 | 7 | Heerden Herman | 南非 | 3:57.28 | |
| 26 | 1 | 5 | Mateo de Angulo Velasco | 哥伦比亚 | 3:57.76 | |
| 27 | 1 | 6 | Ahmed Gebrel | 巴勒斯坦 | 4:08.51 | |
| 28 | 1 | 3 | Allan Gutierrez Castro | 洪都拉斯 | 4:09.10 |
决赛
| 名次 | 线道 | 运动员 | 国家或地区 | 时间 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| 4 | 孙杨 | 中国 | 3:40.14 | 破奥运纪录 破亚洲纪录 | |
| 6 | 朴泰桓 | 韩国 | 3:42.06 | ||
| 5 | 彼得·范德尔卡伊 | 美国 | 3:44.69 | ||
| 4 | 7 | 郝运 | 中国 | 3:46.02 | |
| 5 | 3 | 康纳尔·德怀尔 | 美国 | 3:46.39 | |
| 6 | 2 | 格尔古·基什 | 匈牙利 | 3:47.03 | |
| 7 | 8 | 大卫·加里 | 英国 | 3:48.62 | |
| 8 | 1 | 莱安·拿破仑 | 澳大利亚 | 3:49.25 |
