Bốn năm trước, Tây Ban Nha đã bỏ thi đấu ở vòng chung kết Euro 1960 do không muốn đến thi đấu ở Liên Xô. Nhưng ở Vòng chung kết 1964, họ đã làm được điều kỳ diệu là giành ngôi vô địch.
Ở vòng loại Euro 1964, có 29 đội tham gia đấu loại trực tiếp. Đội tuyển Hy Lạp đã bỏ cuộc sau trận hòa với Albania. Cộng hòa liên bang Đức cũng tiếp tục vắng mặt. Nhà đương kim vô địch Liên Xô cùng hai đội tuyển Áo và Luxembourg nhờ bốc thăm không phải dự vòng loại đầu tiên.
Ở vòng loại, bất ngờ lớn đã xảy ra khi đội tuyển “bé hạt tiêu” Luxembourg liên tiếp đánh bại những đội tuyển mạnh. Luxembourg đã đánh bại Hà Lan 3-2 sau hai lượt đấu. Họ cũng thủ hòa Đan Mạch sau hai lượt đấu với tỷ số 3-3 và 2-2. Trong trận tái đấu, Luxembourg thua 0-1 và chấm dứt cuộc phiêu lưu kỳ thú tại vòng loại.
Đội tuyển của những "chú lính chì" Đan Mạch đã gây bất ngờ lớn khi lọt vào tới tận vòng chung kết cùng các đội tuyển Liên Xô, Hungary và Tây Ban Nha.
Ở trận bán kết diễn ra ở Barcelona, một lần nữa Liên Xô đã thể hiện bản lĩnh của nhà đương kim vô địch với chiến thắng đậm đà 3-0 trước Đan Mạch để giành quyền vào đá trận chung kết.
Trong trận bán kết còn lại diễn ra ở Madrid, đội chủ nhà Tây Ban Nha đã đánh bại Hungary 2-1 sau hai hiệp phụ. Tiền vệ Amancio Amaro đang đá cho câu lạc bộ hoàng gia Real Madrid đã giúp đội bóng xứ sở bò tót lọt vào trận chung kết Euro đầu tiên bằng bàn thắng ấn định tỷ số lên 2-1.
Trận chung kết trên sân vận động Santiago Bernabeu ở Thủ đô Madrid giữa đội chủ nhà Tây Ban Nha và đội đương kim vô địch Liên Xô, có sự chứng kiến của hơn 79.000 khán giả. Trọng tài Arthur Holland người Anh là người bắt chính trong trận đấu quan trọng này.
Vào cuộc, thủ môn Lev Yashin tiếp tục thể hiện phong độ cao khi cản phá hầu hết những pha bóng nguy hiểm của các tiền đạo đội chủ nhà.
Pereda ghi bàn mở tỷ số cho đội chủ nhà ở phút thứ 6. Chỉ hai phút sau, Khusainov đã gỡ hòa cho đội đương kim vô địch. Hai đội “ăn miếng trả miếng” với nhiều pha bóng nguy hiểm nhưng hàng thủ của hai bên đã chơi quá tốt cản phá hiệu quả những pha tiến công của tiền đạo đối phương.
Phải nhờ đến bàn thắng bằng đánh đầu từ một góc tưởng chừng như không thể của tiền đạo Marcelino đang đầu quân cho câu lạc bộ Zaragoza ở phút 84 khiến huyền thoại Lev Yashin cũng phải bất lực nhìn bóng bay vào lưới, Tây Ban Nha mới có thể giành thắng lợi chung cuộc 2-1 để lần đầu đăng quang ở một giải đấu quốc tế.
Ở giải đấu này, thủ môn Lev Yashin tiếp tục được bầu chọn vào đội hình tiêu biểu của giải và là thủ thành xuất sắc nhất giải.
Ba cầu thủ cùng giành danh hiệu vua phá lưới với 2 bàn thắng là Ferenc Bene, Dezso Novak và Jesus Maria Pereda.
Hungary vinh dự khi có hai cầu thủ góp mặt trong danh sách vua phá lưới là Ferenc Bene và Dezso Novak, trong khi đội chủ nhà có một cầu thủ có tên trong danh sách vua phá lưới là Jesus Maria Pereda.
Có tổng số 13 bàn thắng được ghi ở vòng chung kết Euro 1964. Con số này ít hơn so với 17 bàn thắng ghi ở Euro 1960.