4 августа 1996 года завоевал золотую медаль в супертяжелом весе на Олимпийских играх в Атланте. В финальном матче Владимир победил Паэа Вольфграмма из Тонга со счетом 7:3. Кроме Кличко медальную копилку украинской сборной пополнил еще один боксер – Олег Кирюхин, завоевавший бронзовую медаль.
Владимир Кличко завоевав золотую медаль, стал, таким образом, первым человеком европеоидной расы, сумевшим завоевать Олимпийский титул в супертяжёлом весе. После удачной любительской карьеры, братья Кличко перешли в профессиональный бокс.