Våldtäkten ska ha skett på en utomhustoalett och kvinnan fördes med ambulans till sjukhus.
– Vi fick vetskap om händelsen genom sjukvården och kunde senare på kvällen gripa två misstänkta gärningsmän, säger Tony Essby, stationsbefäl på Norrmalmspolisen.
En tredje man ska också ha varit inne på toaletten men det är oklart på vilket sätt han var delaktig.
Kvinnan uppges inte ha fått några allvarliga fysiska skador.