Ο Ολυμπιακός έλαβε για πρώτη φορά μέρος στο Champions League τη σεζόν 1997-1998. Συνολικά, έχει συμμετάσχει 21 φορές σε φάση ομίλων ή προκριματικά της διοργάνωσης. Τη σεζόν 1998-1999 έφτασε μέχρι τα προημιτελικά, όπου αποκλείστηκε από τη Γιουβέντους. Τη σεζόν 2007-2008 πέτυχε τις πρώτες εκτός έδρας νίκες του στη διοργάνωση απέναντι σε Βέρντερ Βρέμης και Λάτσιο. Τερμάτισε δεύτερος στον όμιλό του πίσω από τη Ρεάλ Μαδρίτης και πήρε το εισιτήριο για τους ''16'' της διοργάνωσης. Εκεί γνώρισε τον αποκλεισμό από την μετέπειτα φιναλίστ Τσέλσι. Οι ''ερυθρόλευκοι'' έχουν ακόμη 2 παρουσίες σε φάση των ''16'' του θεσμού. Τη σεζόν 2009-2010 δεν κατάφεραν να ξεπεράσουν το εμπόδιο της Μπορντό, ένώ τη σεζόν 2013-2014 έφτασαν κοντά σε μία ιστορική πρόκριση, αλλά εν τέλει τέθηκαν νοκ-άουτ από την Μάντσεστερ Γιουνάιτεντ. Η ελληνική ομάδα δεν κατάφερε να διαχειριστεί σωστά το υπέρ της 2-0 του ''Γεώργιος Καραϊσκάκης'', ηττήθηκε με 3-0 στο ''Old Trafford'' και αποκλείστηκε από τη συνέχεια. Πιο πρόσφατη παρουσία σε ομίλους ήταν η φετινή, με τον Ολυμπιακό να κατατάσσεται στην 3η θέση του ομίλου του πίσω από Μπάγερν Μονάχου και Τότεναμ και να συνεχίζει στο Europa League. Μέσα σε όλα αυτά τα χρόνια, η ομάδα του Πειραιά έχει καταφέρει να καταγράψει νίκες απέναντι σε κορυφαίες ομάδες όπως η Ρεάλ Μαδρίτης, η Ατλέτικο Μαδρίτης, η Γιουβέντους, η Μάντσεστερ Γιουνάιτεντ, η Άρσεναλ, η Ντόρτμουντ και ο Άγιαξ.
Στο βίντεο θα παρακολουθήσετε τα καλύτερα γκολ των ''ερυθρολεύκων'' στην κορυφαία διασυλλογική διοργάνωση από το 1997 έως το 2019. Περιλαμβάνονται και γκολ από προκριματικές φάσεις. Τα 39 τέρματα είναι τα εξής:
1) Ανδρέας Νινιάδης Ολυμπιακός - Μοζίρ 5-0 2ος Προκριματικός 13/08/1997
2) Ανδρέας Νινιάδης Μοζίρ - Ολυμπιακός 2-2 2ος Προκριματικός 27/08/1997
3) Στέλιος Γιαννακόπουλος Ολυμπιακός - Πόρτο 1-0 Φάση Ομίλων 17/09/1997
4) Λουτσιάνο ντε Σόουζα Ολυμπιακός - Ανόρθωση 2-1 2ος Προκριματικός 12/08/1998
5) Πρέντραγκ Τζόρτζεβιτς Ανόρθωση - Ολυμπιακός 2-4 2ος Προκριματικός 26/08/1998
6) Σίνισα Γκόγκιτς Ολυμπιακός - Κροάσια 2-0 Φάση Ομίλων 30/09/1998
7) Αλέξης Αλεξανδρής Ολυμπιακός - Άγιαξ 1-0 Φάση Ομίλων 21/10/1998
8) Πρέντραγκ Τζόρτζεβιτς Ολυμπιακός - Μπάγερ Λεβερκούζεν 6-2 Φάση Ομίλων 18/09/2002
9) Πρέντραγκ Τζόρτζεβιτς Ολυμπιακός - Μάντσεστερ Γιουνάιτεντ 2-3 Φάση Ομίλων 23/10/2002
10) Ανδρέας Νινιάδης Ολυμπιακός - Μακάμπι Χάιφα 3-3 Φάση Ομίλων 13/11/2002
11) Ζιοβάνι Σίλβα ντε Ολιβέιρα Ολυμπιακός - Γαλατάσαραϊ 3-0 Φάση Ομίλων 05/11/2003
12) Νέρι Καστίγιο Ολυμπιακός - Ρεάλ Σοσιεδάδ 2-2 Φάση Ομίλων 25/11/2003
13) Ριβάλντο Λίβερπουλ - Ολυμπιακός 3-1 Φάση Ομίλων 08/12/2004
14) Παντελής Καφές Ρεάλ Μαδρίτης - Ολυμπιακός 2-1 Φάση Ομίλων 28/09/2005
15) Παντελής Καφές Λυών - Ολυμπιακός 2-1 Φάση Ομίλων 19/10/2005
16) Ριβάλντο Ρόζενμποργκ - Ολυμπιακός 1-1 Φάση Ομίλων 23/11/2005
17) Ερόλ Μπουλούτ Ολυμπιακός - Ρεάλ Μαδρίτης 2-1 Φάση Ομίλων 06/12/2005
18) Χρήστος Πατσατζόγλου Βέρντερ Βρέμης - Ολυμπιακός 1-3 Φάση Ομίλων 03/10/2007
19) Λουτσιάνο Γκαλέτι Λάτσιο - Ολυμπιακός 1-2 Φάση Ομίλων 28/11/2007
20) Ιεροκλής Στολτίδης Ολυμπιακός - Βέρντερ Βρέμης 3-0 Φάση Ομίλων 11/12/2007
21) Φερνάντο Μπελούτσι Ολυμπιακός - Ανόρθωση 1-0 3ος Προκριματικός 27/08/2008
22) Ντουντού Σεαρένσε Σέριφ Τίρασπολ - Ολυμπιακός 0-2 Playoffs 18/08/2009
23) Κώστας Μήτρογλου Σέριφ Τίρασπολ - Ολυμπιακός 0-2 Playoffs 18/08/2009
24) Κώστας Μήτρογλου Μπορντό - Ολυμπιακός 2-1 Φάση των ''16'' 17/03/2010
25) Νταβίντ Φουστέρ Άρσεναλ - Ολυμπιακός 2-1 Φάση Ομίλων 28/09/2011
26) Γιάννης Φετφατζίδης Μαρσέιγ - Ολυμπιακός 0-1 Φάση Ομίλων 23/11/2011
27) Κώστας Μήτρογλου Ολυμπιακός - Άρσεναλ 2-1 Φάση Ομίλων 04/12/2012
28) Βλάντιμιρ Βάις Ολυμπιακός - Παρί Σεν Ζερμέν 1-4 Φάση Ομίλων 17/09/2013
29) Κώστας Μήτρογλου Άντερλεχτ - Ολυμπιακός 0-3 Φάση Ομίλων 02/10/2013
30) Τσόρι Ντομίνγκεζ Μπενφίκα - Ολυμπιακός 1-1 Φάση Ομίλων 23/10/2013
31) Τζόελ Κάμπελ Ολυμπιακός - Μάντσεστερ Γιουνάιτεντ Φάση των ''16'' 25/02/2014
32) Αρτούρ Μαζουακού Ολυμπιακός - Ατλέτικο Μαδρίτης 3-2 Φάση Ομίλων 16/09/2014
33) Τσόρι Ντομίνγκεζ Ολυμπιακός - Μάλμε 4-2 Φάση Ομίλων 09/12/2014
34) Φελίπε Πάρντο Άρσεναλ - Ολυμπιακός 2-3 Φάση Ομίλων 29/09/2015
35) Μπράουν Ιντέγε Ντιναμό Ζάγκρεμπ - Ολυμπιακός 0-1 Φάση Ομίλων 20/10/2015
36) Μοχάμεντ Μπεν Παρτίζαν - Ολυμπιακός 1-3 3ος Προκριματικός 25/07/2017
37) Λάζαρ Ραντζέλοβιτς Ολυμπιακός - Κρασνοντάρ 4-0 Playoffs 21/08/2019
38) Ντανιέλ Ποντένσε Ολυμπιακός - Κρασνοντάρ 4-0 Playoffs 21/08/2019
39) Γιουσέφ Ελ Αραμπί Τότεναμ - Ολυμπιακός 4-2 Φάση Ομίλων 26/11/2019