Duety kobiet były jedną z dwóch konkurencji w pływaniu sychronicznym jakie rozegrano podczas Letnich Igrzysk Olimpijskich w Atenach. Konkurencja rozegrana została na pływalni w Olympic Aquatic Centre w dniach 23 - 25 września 2004 r. Do rywalizacji przystąpiły 24 duety. W eliminacjach każdy z duetów wykonał w program techniczny oraz program dowolny. Na końcowy wynik składało się 50% oceny uzyskanej za program techniczny oraz 50% oceny za program dowolny. Do finału zakwalifikowało się 12 najlepszych duetów.
W finale każdy z duetów wykonał program dowolny. Na ostateczny wynik składało się 50% oceny uzyskanej za program dowolny w finale oraz 50% oceny za program techniczny z eliminacji.
Wyniki Eliminacje PozycjaKrajZawodniczkiRunda technicznaRudna dowolnaŁącznie1. Anastasija Dawydowa, Anastasija Jermakowa98,83399,16799,0012. Miya Tachibana, Miho Takeda98,00098,00098,0003. Alison Bartosik, Anna Kozlova96,66796,83396,7514. Gemma Mengual, Paola Tirados95,83396,333 96,0845. Virginie Dedieu, Laure Thibaud95,333 95,16795,2516. Fanny Létourneau, Courtenay Stewart95,00095,33495,1677. Beatrice Spaziani, Lorena Zaffalon93,00093,41793,4178. Gu Beibei, Zhang Xiaohuan93,16793,50093,3349. Eleftheria Ftouli, Khristina Thalassinidou92,66793,16792,91810. Iryna Haivoronska, Daria Juszko90,83392,16791,50111.