第二十一届冬季奥林匹克运动会（英语：the XXI Olympic Winter Games，法语：les XXIes Jeux olympiques d'hiver），于2010年2月12日至28日间在加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华举行，而部分项目则会于邻近的惠斯勒举行。此届奥运会是继1976年蒙特利尔夏季奥运会和1988年卡尔加里冬季奥运会后，加拿大第三次举办的奥运会，亦是不列颠哥伦比亚省首次举办的奥运会。
最终，东道主加拿大凭冰球、冰壶、有舵雪橇等项目反超挪威，以14金7银5铜完成赛事，除了成功登上奖牌榜首位外，也成为了历届冬季奥运中成绩最杰出的主办国，德国和美国则排名次位和第三。加拿大同时也是历届冬季奥运中取得最多金牌的国家，打破了前苏联在1976年创下的13金以及挪威在2002年同样创下的13金纪录，另外也一扫1976年蒙特利尔夏季奥运会和1988年卡尔加里冬季奥运会身为东道主却没得金牌的窘境。
为了争取2010年冬季奥运会的主办权，加拿大有三个城市角逐提名为代表该国的候选城市，分别是魁北克城（角逐2002年主办权的落选城市之一）、卡尔加里（1988年的主办城市）和温哥华。在1998年11月21日举行的第一轮投票中，温哥华－惠斯勒区获得了26票，魁城获得了25票，而得票最低（21票）的卡尔加里则被淘汰。在同年12月3日举行的第二轮投票中，温哥华以40票比32票击败魁城，成为代表加拿大的候选城市，而温哥华亦开始准备与其他国际城市争取最后的主办权。
经过了发生于冬季奥运的2002年主办权投票中的贿赂丑闻，国际奥委会为下一届投票更改了许多关于投票过程的章程，并于2002年10月24日创立了评审委员会。在为2008年夏季奥运主办权投票之前，参加竞争的主办城市常常会包机邀请奥委会委员到其城市，并随其游览，以及提供当地的礼物。缺乏监督的结果就引起了许多贿选的指责。国际奥委会在舆论压逼下将投票的章程严谨化，把焦点集中在审核主办城市的技术方面是否达到要求。奥委委员将各城市特点作为分析报告，并将意见转上奥委会。主办城市的投票申请于2003年1月提交，审核方面则在2003年5月前结束，并随后提交出结论报告。
温哥华的居民在一个公民投票中被问到如果温哥华成功中标，他们是否愿意接受作为主办城市的居民所需负担的责任。结果显示64%的居民表示接受，是同类型的公民投票第一次获得成功。邻近美国华盛顿州的州议会以及时任州长骆家辉亦通过了一项决议表示支持温哥华的竞选，并将之送交国际奥委会。
国际奥委会于2003年2月公布最后的挑选名单，当中包括温哥华及另外两国的候选城市：韩国的平昌和奥地利的萨尔茨堡。主办权在同年7月2日于捷克布拉格举行的第115届国际奥委会会议中由投票取决。在第一轮投票中，平昌郡取得了最高票数，而得票最低的萨尔茨堡则被淘汰。在第二轮投票中，绝大部分投票给萨尔茨堡的委员都将其选票投给了温哥华，温哥华因此获得了2010年冬季奥运会的主办权。
多伦多曾于2001年代表加拿大角逐2008年夏季奥运的主办权。由于奥运会的主办权通常由各大洲之间轮替，如果多伦多当年成功中标，温哥华几乎肯定没有机会获得2010年冬季奥运的主办权，而不列颠哥伦比亚省当时亦因此拒绝表态支持多伦多的竞选。多伦多最终败于北京。
温哥华是历届冬季奥运会主办城市之中的首个沿岸城市（而2014年冬季奥运会的主办城市索契将会是第二个）、冬季平均气温最高的城市（而2014年冬季奥运会的主办城市索契则更高）、以及都会区人口最多的城市。（2006年主办城市都灵的市内人口较温哥华市多，但都会区人口却少于温哥华。）
温哥华在角逐2010年冬季奥运的主办权时遇到的最大问题是如何集资兴建比赛场地。经温哥华奥组委（Vancouver Organizing Committee，VANOC）的协调，兴建场馆所需的资金将由加拿大联邦政府和不列颠哥伦比亚省政府各出一半。奥组委后来亦开始接受私营企业和机构所提供的赞助和捐款。这些机构普遍认为主办奥运会将有助巩固温哥华在举办1986年世界博览会时已建立的声望，以及提升本地的基础建设（例如扩建温哥华架空列车系统），所以都踊跃提供资金。
省内基础建设的扩建工程皆是不列颠哥伦比亚省政府而非奥组委的范畴。连接列治文市、温哥华国际机场和温哥华市中心的捷运线（温哥华架空列车加拿大线）经过3年多的工程，已经于2009年8月17日通车。省政府亦斥资六亿加元扩建连接温哥华和惠斯勒的海天公路（Sea-to-Sky Highway）以迎合奥运会期间的交通流量。
2010年冬季奥运的运作开支于2004年时预计为大概14亿加元。奥组委首席执行官费尔朗于2006年时则估计运作开支将大概为17亿加元，资金主要来自赞助商和拍卖电视转播权，并且无需由政府拨款。五亿八千万元将用于兴建或翻新比赛场地，而二亿元将用于保安开支。保安服务将主要由加拿大皇家骑警提供。
一个位于温哥华市中心英吉烈湾的因纽特石堆
一个位于惠斯勒山的因纽特石堆
2010年冬季奥运的标志在2005年4月23日公布，是依照因纽特石堆的形象描绘而成，名为“Ilaanaq”，是因纽特语中朋友的意思。因纽特石堆广泛分布于加拿大北极圈内，由生活在这片土地上的数个原住民族群所建，让人在缺乏自然地标的雪地上也可认出自己身在何方。另外，标志形象也可以被理解为一名冰球的守门员，反映冰球作为加拿大国粹运动的地位。
本届冬奥会的奖牌是由当地的原居民亨特和设计师阿尔贝尔花18个月完成。这届赛事的奖牌最大的特色是呈波浪形设计，象征着主办国的波浪、山脉和雪，是在历届夏季奥运会或冬季奥运会中的首次。同时，本届冬奥会奖牌设计的另一特色是每面奖牌上的花纹图案亦不一样，也突破了历届奥运会的限制。另外，本届赛事的奖牌是众多届奥运会中最重的一面，约重500至576克。
2010年冬季奥运和残奥的吉祥物于2007年11月27日公报，当中魁特奇（Quatchi）和米加（Miga）为冬奥吉祥物，而苏米（Sumi）则是残奥吉祥物。魁特奇是北美大脚野人，而米加是虎鲸和柯莫德熊的混合体，苏米则为戴虎鲸帽子的动物保护神。另外，本届冬季奥运有一只非官方的吉祥物，名为Mukmuk，是一种稀有的温哥华岛土拨鼠，它会于比赛场馆以外的地方出现。
2010年冬季奥林匹克运动会共有82个国家或地区参与，当中开曼群岛、哥伦比亚、加纳、黑山、巴基斯坦、秘鲁和塞尔维亚均是首次参赛，而缺席上届赛事的墨西哥、牙买加及摩洛哥均再次参赛。欧洲国家卢森堡本派出两位运动员参赛，但由于其中一人赛事受伤，另一代表未能在开幕式前报名，均无缘是届冬季奥运。另外，包括哥斯达黎加、肯尼亚、马达加斯加、泰国、美属维尔京群岛以及委内瑞拉等上届的参赛国家也未有派出运动员参与今届的任何赛事。
下表为参与国家或地区的名单，括号内的数字为运动员数目：
以下列出当前奖牌榜前几名资料，依金、银、铜牌数作排名，完整的名单请参考2010年冬季奥林匹克运动会奖牌榜，请注意官网上内定的排名方式系依总奖牌数作排名，与本表次序略有不同。
本届冬奥会共设7个运动，15个大项，当中本届冬季奥运进行了不少的改革，如冰球项目首次利用NHL标准的球场(200 ft × 98.5 ft) 取代旧有制度(200 ft × 85 ft)。同时，国际奥委会在2006年11月28日决定把追逐赛加入为自由式滑雪的新小项。不过其他的建议如冬季两项男女子混合接力、混双冰壶、女子跳台滑雪、团体高山滑雪、团体有舵雪橇、无舵雪橇以及俯式冰橇均被否决。
以下为本届冬季奥运的比赛项目：
不列颠哥伦比亚体育馆是首个举行冬季或夏季奥运会开幕和闭幕礼的室内场馆，而为安全起见，馆内圣火盆在开幕礼中被点燃后不能长期燃烧。有见及此，当局在温哥华市中心离不列颠哥伦比亚体育馆约2公里的高豪港（Coal Harbour）岸边国际广播中心旁设置一个室外冬奥圣火台，是历届冬季和夏季奥运会之中首次设置与开幕礼场馆分离的圣火台。
本届奥运会火炬传递除在希腊雅典采火外，全程均在加拿大境内进行。火炬于2009年10月30日在不列颠哥伦比亚省首府维多利亚开始，以12000名火炬手以接力方式传递，足迹遍及加拿大1000多个大小城镇。火炬全程共传递45,000公里，传递方式包括陆运、水运和空运， 途经加拿大最北、最东及最南端，是历届冬季奥运会主辨国于境内进行火炬接力最长的路线。 火炬经过106天的传递后于2010年2月12日抵达温哥华市中心的不列颠哥伦比亚体育馆。
火炬手中不乏名人，包括阿诺·舒华辛力加、史提夫·奈许、贾斯汀·摩尔诺、麦可·布雷、仙妮亚·唐恩、以及冰球名将韦恩·格雷茨基。
火炬的外型长1米，流线型设计，并以白色为主，内有燃料，可燃烧12分钟。设计火炬的的庞巴迪公司表示，灵感来自于加拿大白雪覆盖的起伏地形和滑雪者冲下雪坡时在雪上留下的滑痕。
根据主办单位提前向转播媒体披露的指南书中的设计，开幕式上的室内主火炬应由一根冰块形状的主火炬柱和四根“欢迎柱”组成篝火形状，并且将由4名加拿大火炬手在场地四周同时点燃四根交错的“欢迎柱”。当点火仪式举行前，全场出现大约1分钟的停顿（原因见下），不久后，只有三根“支柱”从体育场下升起，造成其中一名火炬手手中的火炬成了“摆设”，点火仪式成了“三缺一”。事后，温哥华奥组委官方发言人史密斯-瓦拉德接受采访时承认这一失误，他表示：“可能是出现了液压问题，最终火炬的点燃并没有和我们计划中一样进行。” 体育馆内的圣火台点燃后，最后一位火距手韦恩·格雷茨基持火炬乘车将圣火从体育馆运送至高豪港的室外冬奥圣火台。
为了补救开幕式主火炬点燃“三缺一”的遣憾，主办单位在闭幕式之中刻意加插安排了一场表演，令原先失灵的第四根圣火柱幽默回归。在闭幕式一开始时，主办单位用温馨幽默的手法以一名打扮成电匠的小丑演员，吃力地埋在洞里“抢修”，然后从洞里爬出，匠忙不迭的，拿起电线，紧紧的接住另一头的插座，接着从第四根圣火柱开始移动，在“接电”成功后，圣火柱依开幕式的计划，缓缓上升再倒向其他已上升的三根圣火柱，然后四根圣火柱加火盘组合的终于完成火炬造型，最后，一度成为了“虚设”的“三缺一”火炬手，之前未能依计划点燃圣火的2002年冬奥速滑金牌选手多恩（Catriona LeMay Doan（英语：Catriona LeMay Doan））再次出现，她重获点燃圣火的机会，并且这次只有她一人，是全场焦点。这项具有创意的安排，不但嬴得了在场观众的欢笑和掌声，更成为了各地传媒的一时佳话。有外国传媒说，以后大家也不会记得开幕式失灵的第四根火炬，因为最后修好了。
于开幕当日，格鲁吉亚无舵雪橇运动员诺达尔-库玛丽塔什维利（Nodar Kumaritashvili）于惠斯勒备赛时被抛出，撞到钢柱受伤，最终于当地时间周五不治身亡，终年二十一岁。 成为自1964及1992冬奥后第四位于奥运期间死亡的运动员。国际无舵雪橇协会于意外后召开紧急会议，所有练习取消。
在开幕礼，格鲁吉亚旗帜挂上黑布条，该国运动员亦带上黑颈巾以示悼念。而大会当局亦在开幕礼之中为他默哀及下半旗。
IOC在2006年以女子跳台滑雪作为一个运动项目尚未发展齐全，并不符合许多作为奥运项目的基本条件为由，投票决定不包括女子跳台滑雪在2010年的冬季奥运项目内。这项决定引起了加拿大女子跳台滑雪国家队的不满，并因此向加拿大人权委员会投诉这决定的性别歧视元素，但最终投诉失败。
德国《柏林日报》报道高木美帆等日本速滑队员的着装为透视装，透过速滑服可以看到内衣。也有网民讨论认为是设计颜色不当引起观众误会，而那部分实际上为特别素材。
在闭幕式期间，美国国家广播公司在圣火熄灭后插播"The Marriage Ref"清谈节目。闭幕式的演唱会部分在其广播网完成放送本地新闻后继续播出。此举令到很多人在推特微博服务和其他社会交流网站表达不满。
2016年12月23日，IOC宣布将重验俄罗斯运动员的样本。而相关报告指出俄罗斯的禁药丑闻起源于该届冬季奥运会上的惨败而开始，并且使其在下届在自家门口冲到第1名的位置。