Το Ολυμπιακό Στάδιο της Αθήνας είχε αρχικά σχεδιαστεί το 1979 αλλά χτίστηκε το 1980 για να ολοκληρωθεί δύο χρόνια αργότερα. Πήρε το όνομά του από το νικητή του Μαραθωνίου δρόμου του 1896, Σπύρο Λούη, ο οποίος κατοικούσε στο Μαρούσι.
Ο θεμέλιος λίθος του Ο.Α.Κ.Α. μπήκε στις 8 Ιανουαρίου 1980 από τον τότε πρωθυπουργό της Ελλάδας και μετέπειτα Πρόεδρο της Δημοκρατίας Κωνσταντίνο Καραμανλή. Το όραμά που τον οδήγησε και στην κατασκευή του ΟΑΚΑ, ήταν να δημιουργηθούν σιγά σιγά όλες οι κατάλληλες προϋποθέσεις ώστε κάποια στιγμή οι Ολυμπιακοί Αγώνες να φιλοξενηθούν και πάλι στην Ελλάδα.
Δύο χρόνια αργότερα, στις 8 Σεπτεμβρίου 1982, ημέρα έναρξης του 13ου Πανευρωπαϊκού Πρωταθλήματος ΕΠΑ 82, έγιναν και τα εγκαίνια του Ολυμπιακού Αθλητικού Κέντρου Αθηνών από τον τότε Πρόεδρο της Δημοκρατίας Κωνσταντίνο Καραμανλή και τον τότε Πρωθυπουργό Ανδρέα Παπανδρέου. Κατασκευάστρια εταιρεία ήταν η γερμανική Weidleplan με υπεύθυνους αρχιτέκτονες τους H. Stalhout, Fr Herre και Δημ Ανδρικόπουλο.
Τα επόμενα χρόνια γύρω από το Κεντρικό Ολυμπιακό Στάδιο, προστέθηκαν το Ολυμπιακό Ποδηλατοδρόμιο το οποίο εγκαινιάστηκε το 1991, το Ολυμπιακό Κέντρο Υγρού Στίβου (εγκαινιάστηκε την ίδια χρονιά, το Ολυμπιακό Κλειστό Γυμναστήριο Αθλοπαιδιών, το οποίο εγκαινιάστηκε το 1995, το Ολυμπιακό Κέντρο Αντισφαίρισης (2004) καθώς και όλες οι υπόλοιπες βοηθητικές αθλητικές εγκαταστάσεις.
Στο γήπεδο φιλοξενήθηκαν οι Μεσογειακοί Αγώνες του 1991, το Παγκόσμιο Πρωτάθλημα Ανοιχτού Στίβου το 1997, οι Πανευρωπαϊκοί Αγώνες Ανοιχτού Στίβου το 1982 καθώς και πολλοί αγώνες της Εθνικής στο ποδόσφαιρο. Ακόμη το στάδιο φιλοξένησε 4 τελικούς ευρωπαϊκών κυπέλλων το 1983, το 1987, το 1994 και το 2007 καθώς και 17 τελικούς κυπέλλου Ελλάδος ενώ το γήπεδο χρησιμοποιούσαν για τους αγώνες τους οι τρεις κορυφαίες ποδοσφαιρικές ομάδες της χώρας.
Όταν η Αθήνα κέρδισε την ανάληψη των Ολυμπιακών Αγώνων του 2004, η Ολυμπιακή Επιτροπή αποφάσισε την κατασκευή στεγάστρου στο Ολυμπιακό Στάδιο. Και το έργο δόθηκε στον Ισπανό αρχιτέκτονα Σαντιάγο Καλατράβα, ο οποίος σχεδίασε μερικές από τις ολυμπιακές εγκαταστάσεις της Βαρκελώνης. Κατά τη διάρκεια της προετοιμασίας και των εργασιών που γίνονταν, το στάδιο έκλεισε. Είναι χαρακτηριστικό μάλιστα ότι εκτός από το στέγαστρο, στο ΟΑΚΑ έγιναν κι άλλες παρεμβάσεις που αφορούσαν στους εξοπλισμούς, στις δυνατότητές τους, την πρόσβαση και την ασφάλεια.
Μέχρι που φιλοξένησε για να εκπλήξει τους πάντες τις τελετές έναρξης και λήξης των Ολυμπιακών Αγώνων της Αθήνας. Από τότε όμως, η όψη όλου του περιβάλλοντα χώρου (εκτός του σταδίου) είναι τελείως διαφορετική.
