El proceso para elegir a la sede la edición de 2027, empezó en enero de 2021. Neven Ilic, presidente de Panam Sports, anuncia que el proceso de elección se pospone hasta enero de 2022. Esto hizo que el plazo límite a los interesados, culmine el 15 de noviembre de 2021. Las ciudades interesadas fueron:

•   Barranquilla^[2]​
•   Buenos Aires^[3]​
•   Santa Cruz de la Sierra^[4]​

Barranquilla fue elegida el 16 de junio de 2021 por unanimidad al ser la única ciudad que postuló formalmente. El 28 de agosto del mismo año, se hizo el anuncio público de que la ciudad acogería la edición de 2027. El 7 de noviembre de 2023, fue constituido en Barranquilla el Comité Organizador de los Juegos Panamericanos de 2027.^[5]​

El 3 de enero de 2024, Panam Sports anunció el retiro de la sede a Barranquilla. Esto debido a que, el gobierno nacional, no giró el dinero correspondiente a los derechos de realización de las justas antes del 31 de diciembre de 2023.^[6]​

Después de que Barranquilla fuera retirada como sede, se inició un nuevo proceso de licitación. El 5 de enero de 2024, Panam Sports invitó a sus Comités Nacionales miembros a hacer envío de la documentación necesaria para formalizar las candidaturas de las ciudades interesadas en albergar los juegos.^[7]​ El 31 de enero de 2024 fue el plazo límite para solicitar la sede y sólo dos ciudades postularon formalmente:^[8]​

•   Asunción^[9]​^[10]​
•   Lima^[11]​

El 12 de marzo de 2024 se anunció a la ciudad de Lima, como la ganadora de los juegos bajo el lema "Ganamos Todos". La ciudad logró el 50% más uno de los votos requeridos para la elección, en la asamblea extraordinaria de Panam Sports, que tuvo lugar en Miami.^[1]​

•   Barranquilla^[14]​^[15]​^[16]​
•   Guadalajara o Monterrey^[17]​^[18]​
•   São Paulo^[19]​^[20]​

El 29 de mayo de 2024 se firmó el contrato entre el Gobierno peruano con Panam Sports y la Municipalidad Metropolitana de Lima.^[21]​

El 18 de diciembre de 2024, el Gobierno Central a través del MINEDU, emitió la Resolución Suprema^[22]​ sobre la conformación del Comité Organizador de los XX Juegos Panamericanos, el cual estará liderado por el Instituto Peruano del Deporte (IPD). El 6 de enero de 2025, se estableció a los integrantes del Comité,^[23]​ el cual queda de la siguiente manera:

• Federico Tong, presidente del Instituto Peruano del Deporte.
• Maali Del Pomar Saettone, representante de la Municipalidad Metropolitana de Lima.
• Renzo Manyari, presidente del Comité Olímpico Peruano (COP).
• Manuel Del Castillo, miembro nominado por el presidente del COP.
• Cecilia Tait, representante del Comité Olímpico Internacional en el Perú.
• Evelyn Inga, atleta designada por el IPD en representación de todos los deportistas.
• Juan Falcón, Gerente General del IPD, quien actuará como Secretario Técnico.

Para los Juegos Panamericanos de 2027, se usará la infraestructura legado que dejó Lima 2019.^[24]​ Un total del 90% de los escenarios deportivos se repetirán entre ambas ediciones. También, se incluye el uso de partes de la Villa Panamericana construida para el 2019. Como parte de las nuevas obras planificadas para el 2027, se construirá:^[25]​

• Villa Panamericana: Construcción de cinco torres adicionales con 10 pisos cada una.
• Nuevo Parque Acuático del Callao: Construcción de un espigón para las pruebas de remo y canotaje.

Sin embargo, este proyecto es más compacto que el realizado para los Juegos Panamericanos de 2019 con instalaciones ubicadas entre ciudades entre Lima y Callao.

El pilar principal de la candidatura fue que, las sedes deportivas están operativas para usarse. Esto debido a que Legado, entidad que está encargada del manejo y mantenimiento de los recintos deportivos después de Lima 2019, ha estado organizando diversos eventos deportivos nacionales e internacionales así como programa de talleres deportivos en los recintos. Por eso, con miras al 2027, el Comité mencionó que habrán actualizaciones tecnológicas y algunas ampliaciones temporales en la capacidad.

     Legado Lima 2019 (Sede operativa)      Nueva construcción / En construcción      Mejoramiento      Existente

El primer clúster estará ubicado en la Provincia constitucional del Callao. Los eventos se desarrollaran en dos recintos:

• La Villa Deportiva del Callao, un complejo deportivo ubicado en el distrito de Bellavista. Cuenta con diversas instalaciones deportivas siendo su recinto principal el estadio Miguel Grau y el coliseo Miguel Grau. Asimismo cuenta con campos de tenis, fútbol, béisbol y sóftbol. Durante los juegos de Lima 2019, el recinto fue sede del boxeo, lucha, ráquetbol, taekwondo y voleibol. Para el 2027, acogerá los mismos deportes, ahora incluyendo la escalada deportiva y levantamiento de pesas.
• El Parque Acuático del Callao será un complejo deportivo ubicado en el distrito de La Punta. Se trata de un escenario que contará con un gran espigón para el desarrollo de deportes como remo, canotaje y vela. Asimismo tendrá espacios para calentamiento, entrenamiento y alojamiento. Se prevé que su construcción empiece en 2025.

El segundo clúster está en la ciudad de Lima. Los recintos están ubicados en tres distritos al oeste de la capital:

• La Universidad Nacional Mayor de San Marcos, ubicada en el distrito de Lima, albergó las pruebas de fútbol masculino y femenino para Lima 2019 en su Estadio Universitario. Para 2027, el estadio volverá a acoger el mismo deporte.
• El Parque Panamericano de la Costa Verde se encuentra ubicado en el distrito de San Miguel. Se trata de una instalación deportiva ubicada en la Costa Verde de la ciudad. En 2019 el parque fue sede de los deportes de ciclismo, BMX, vóley playa, patinaje de velocidad y ciclismo de ruta, para el 2027, volverá a acoger los mismos deportes pero ahora incluirá el skateboarding.
• Lima Cricket and Football Club es un club social que se ubica en el distrito de Magdalena del Mar. Para los juegos de 2027, se remodelará el recinto y las canchas para acoger las competencias de cricket, deporte debut para la edición XX.

Para los Juegos Panamericanos de 2027 participaran 41 países de América. A continuación se muestra a los países participantes junto a su código COI.

El país anfitrión está resaltado con negrita.

Para los Juegos Panamericanos de Lima 2027 se disputarán 42 deportes. En los Juegos Olímpicos de Los Ángeles 2028, cinco deportes tendrán su debut. Es por ello que el Comité de candidatura de Lima propuso incluir al cricket y fútbol bandera dentro del programa deportivo para 2027. Originalmente se propuso agregar el lacrosse como deporte opcional, como está en el programa deportivo de Los Ángeles 2028. No obstante, esto fue descartado ya que el número de federaciones deportivas de esta disciplina en las Américas es insuficiente para que entren al programa panamericano.^[26]​ El béisbol, el sóftbol y el squash ya forman parte de los deportes oficiales en los Juegos Panamericanos.

En cursiva los nuevos deportes:

El siguiente calendario de eventos, fue presentado por el comité de la candidatura de Lima a Panam Sports el día 6 de marzo de 2024, como parte de la visita a las ciudades postulantes y es provisional. El 25 de noviembre de 2024, el presidente del Instituto Peruano de Deporte Rubén Trujillo Mejía, confirmó que los XX Juegos Panamericanos se realizarán entre el 16 de julio y el 1 de agosto de 2027.^[27]​ Dicha decisión fue establecida entre el Comité Organizador de Lima 2027 y Panam Sports en República Dominicana.

• Juegos Parapanamericanos de 2027