Das heutige Olympiastadion steht auf dem Gelände eines Vorgängerbaus, des 1913 fertiggestellten Deutschen Stadions, das ursprünglich für die wegen des Ersten Weltkriegs abgesagten Olympischen Spiele von 1916 errichtet worden war. Nachdem Berlin 1931 den Zuschlag für die Olympischen Sommerspiele 1936 erhalten hatte, war zunächst geplant, das bestehende Deutsche Stadion zu modernisieren. Als Adolf Hitler, der dem Vorhaben zunächst skeptisch gegenüberstand, sich im Oktober 1933 den Bauplatz zeigen ließ, ordnete er stattdessen den kompletten Abriss und einen monumentaleren Neubau an, der der nationalsozialistischen Selbstdarstellung dienen sollte.
Mit der Bauleitung wurde der Architekt Werner March betraut, Sohn von Otto March, der bereits das Deutsche Stadion entworfen hatte. Die Bauzeit betrug rund 28 Monate; die Grundsteinlegung erfolgte 1934, die Fertigstellung 1936. Das ursprünglich mit 5,5 Millionen Reichsmark kalkulierte Budget wuchs im Zuge der von Hitler gewünschten monumentalen Erweiterung auf rund 42 Millionen Reichsmark an, umgerechnet auf heutige Kaufkraft ein Betrag in dreistelliger Millionenhöhe. Das Bauwerk war Teil des weit größeren Reichssportfeldes, das neben dem Stadion unter anderem das Maifeld als Aufmarschgelände, den Glockenturm und die Deutschlandhalle umfasste und zum größten Sportkomplex der Welt jener Zeit wurde.
Die feierliche Eröffnung fand am 1. August 1936 im Rahmen der XI. Olympischen Sommerspiele statt, die bis zum 16. August 1936 dauerten und nach zeitgenössischen Schätzungen von insgesamt rund 3,8 Millionen Zuschauern besucht wurden. Das Stadion fasste in seiner ursprünglichen Form etwa 100.000 Zuschauer und war als abgesenktes "Erdstadion" konzipiert, dessen Baugrund tiefer als das umgebende Gelände liegt.
Werner March konzipierte das Olympiastadion als klassizistisch-monumentalen Bau, der bewusst an die Formensprache antiker Arenen anknüpfen sollte, zugleich aber mit den technischen Mitteln der 1930er Jahre umgesetzt wurde. Kennzeichnend ist die Bauweise als Erdstadion: Der Rasen liegt deutlich unter dem umgebenden Geländeniveau, während der obere Zuschauerring auf einem Kranz aus zahlreichen Stahlbetonstützen ruht. Die Gesamtabmessungen des ovalen Baukörpers betragen rund 303,48 Meter in der Länge und 228,31 Meter in der Breite, gemessen zwischen den Stützpfeilern.
Alle sichtbaren Außenwände und Pfeiler wurden mit Naturwerkstein verkleidet, überwiegend mit fränkischem Muschelkalk, während am westlich gelegenen Marathontor Travertin aus Gauingen verwendet wurde. Das Marathontor selbst bildet die westliche Öffnung des Ovals und trägt die Schale für das olympische Feuer. Acht Türme rahmen die Zugänge zum Stadion: Am Osttor stehen der Preußenturm und der Bayernturm mit jeweils 35 Metern Höhe, symmetrisch dazu, in Richtung des Maifelds, der Sachsenturm, der Friesenturm, der Frankenturm und der Schwabenturm.
Das Bauwerk wurde reich mit Bildhauerkunst der NS-Zeit ausgestattet, darunter die Skulpturen "Diskuswerfer" und "Stafettenläufer" von Karl Albiker (entstanden 1935 bis 1937) sowie die "Rosseführer"-Plastiken von Joseph Wackerle, die den Übergang vom Stadion zum Maifeld einrahmen. Die gesamte Anlage war auf monumentale Wirkung und propagandistische Selbstdarstellung des NS-Regimes ausgelegt, mit sechs Meter hohen Statuen, die ein idealisiertes, an nationalsozialistischer Rassenideologie orientiertes Körperbild zeigten, und einer eigenen Ehrenloge für Hitler.
Die grundlegende technische Modernisierung erfolgte 2000 bis 2004 unter der Leitung des Hamburger Architekturbüros von Gerkan, Marg und Partner (gmp). Ziel war es, rund 70 Prozent der historischen Bausubstanz zu erhalten; dazu wurden die alten Natursteine einzeln abgetragen, sandgestrahlt und wiederverwendet. Neu hinzu kamen ein durchgehendes, das gesamte Oval überspannendes Dach, ein umlaufender Flutlichtring ("Feuerring"), der schattenfreie Fernsehbilder ermöglicht, eine blaue Kunststofflaufbahn in den Vereinsfarben von Hertha BSC sowie eine unterirdische Aufwärmhalle mit 100-Meter-Bahnen. In die Ehrentribüne wurde 2004 zudem eine kleine, mit Blattgold verkleidete Kapelle integriert. Die Baumaßnahmen erfolgten bei laufendem Spielbetrieb.
Bereits 1974, im Vorfeld der Fußball-Weltmeisterschaft in der Bundesrepublik Deutschland, erhielt das Stadion eine partielle Überdachung der Tribünen. Weitergehende bauliche Eingriffe unterblieben über Jahrzehnte, sodass das Bauwerk in seiner Grundstruktur bis zur Jahrtausendwende weitgehend dem Zustand von 1936 entsprach, wenn man von kleineren Nachkriegsanpassungen absieht.
Die mit Abstand umfassendste Umbauphase fand von Mai 2000 bis Juli 2004 statt. Unter Federführung von gmp wurde das komplette Stadion technisch und funktional erneuert, ohne den denkmalgeschützten Charakter der Anlage zu zerstören; das Landesdenkmalamt Berlin begleitete die Arbeiten. Die Planungsphase für das gesamte Olympiagelände reichte bereits bis in die Jahre 1991 bis 1998 zurück, in denen verschiedene Masterplan-Alternativen für das Areal entwickelt wurden, bevor man sich auf die reine Stadionsanierung festlegte. Die Gesamtkosten der Modernisierung beliefen sich auf rund 242 Millionen Euro, von denen etwa 196 Millionen Euro aus Bundesmitteln finanziert wurden. Im Zuge der Bauarbeiten sank die Kapazität von den ursprünglichen rund 100.000 auf 74.475 Sitzplätze; das Stadion wurde damit zu einer reinen Sitzplatzarena.
Die Wiedereröffnung nach dem Umbau erfolgte am 31. Juli und 1. August 2004 mit einem großen Konzert- und Sportwochenende, unter anderem mit Auftritten von Nena und Pink sowie einem von Daniel Barenboim dirigierten klassischen Programm, gefolgt von Regionalliga- und Freundschaftsspielen.
Auch nach 2004 blieb das Stadion in Bewegung: Für die Fußball-Weltmeisterschaft 2006 wurde im Mai 2006 ein neuer, aus den Niederlanden importierter Rasen verlegt. Für einzelne Großspiele kann die Kapazität durch eine mobile Tribüne über dem Marathontor auf bis zu 76.197 Plätze erhöht werden. Die Kapazitätsangabe zum Stand der 2020er Jahre liegt bei 74.475 bis 73.856 Sitzplätzen (rund 37.000 im Unterring, rund 36.000 im Oberring), je nach genutzter Konfiguration.
Der Name "Olympiastadion" ist seit der Eröffnung 1936 durchgehend gebräuchlich und hat sich nie geändert; das Stadion trägt bis heute offiziell diesen Namen, ohne dass jemals Namensrechte an einen kommerziellen Sponsor verkauft worden wären – ein Unterschied zu vielen anderen deutschen Bundesliga-Stadien. Vorgängerbau auf demselben Gelände war das 1913 eröffnete "Deutsche Stadion", das im Zuge des Neubaus für die Spiele 1936 abgerissen wurde.
Das Bauwerk war ursprünglich Teil des als "Reichssportfeld" bezeichneten größeren Geländekomplexes, ein Name, der nach 1945 aus der offiziellen Bezeichnung verschwand, während der eigentliche Stadionname unverändert blieb. Die Bezeichnung "Olympiastadion Berlin" dient zugleich der Unterscheidung von anderen gleichnamigen Bauwerken, insbesondere dem völlig unabhängigen Olympiastadion München, das für die Sommerspiele 1972 errichtet wurde.
Die höchste offizielle Zuschauerzahl bei einem Bundesligaspiel im Olympiastadion wurde am 26. September 1969 erreicht, als die Partie Hertha BSC gegen den 1. FC Köln 88.075 Zuschauer anzog – zu jener Zeit ein Bundesliga-Rekord. Bei den Olympischen Spielen 1936 selbst wurden im Rahmen eines Baseball-Demonstrationsspiels Berichten zufolge über 100.000 Zuschauer gezählt, was seinerzeit als Besucherrekord für ein Baseballspiel überhaupt gilt.
Sportlich bleibt das Stadion vor allem mit der Leichtathletik-Weltmeisterschaft 2009 verbunden: Der jamaikanische Sprinter Usain Bolt lief dort am 16. August 2009 die 100 Meter in 9,58 Sekunden und wenige Tage später die 200 Meter in 19,19 Sekunden – beide Male Weltrekorde, die bis heute (Stand 2026) ungebrochen sind und das Olympiastadion damit zu einem der bedeutendsten Schauplätze der Leichtathletikgeschichte machen.
Die Kapazität hat sich von rund 100.000 Plätzen bei der Eröffnung 1936 über etwa 76.000 vor dem großen Umbau auf 74.475 Sitzplätze nach der Modernisierung 2004 verringert; aktuelle Angaben nennen 73.856 bis 74.475 Plätze, ergänzt um eine temporäre Erweiterungsmöglichkeit auf bis zu 76.197 Plätze für ausgewählte Fußballspiele. 2005 erhielt das Stadion von der UEFA die höchste Klassifizierung als Fünf-Sterne-Stadion.
Das Olympiastadion war Hauptschauplatz der Olympischen Sommerspiele 1936, bei denen der afroamerikanische Leichtathlet Jesse Owens vier Goldmedaillen gewann und damit der von den NS-Machthabern propagierten Rassenideologie öffentlich widersprach. 1974 war das Stadion einer der Austragungsorte der Fußball-Weltmeisterschaft in der Bundesrepublik Deutschland.
Seit 1985 ist das Olympiastadion durchgehend Endspielort des DFB-Pokals und damit seit vielen Jahren die traditionelle Berliner "Pokal-Hauptstadt" des deutschen Fußballs, mit jährlich einem der wichtigsten nationalen Fußballereignisse. Bei der Fußball-Weltmeisterschaft 2006 war das Stadion Schauplatz von vier Vorrundenspielen, dem Viertelfinale, in dem sich Deutschland gegen Argentinien im Elfmeterschießen mit 5:3 durchsetzte, sowie des WM-Finales am 9. Juli 2006, in dem Italien Frankreich ebenfalls im Elfmeterschießen mit 6:4 (nach 1:1 nach Verlängerung) bezwang. Bei der Frauen-Weltmeisterschaft 2011 trug Deutschland dort vor 73.680 Zuschauern ein Spiel gegen Kanada aus.
Am 30. Mai 2015 fand im Olympiastadion das DFB-Pokal-Finale zwischen dem VfL Wolfsburg und Borussia Dortmund statt (3:1-Sieg für Wolfsburg), bei dem erstmals in Deutschland die Torlinientechnologie Hawk-Eye zum Einsatz kam. Nur wenige Tage später, am 6. Juni 2015, war das Stadion Schauplatz des UEFA-Champions-League-Finales, in dem der FC Barcelona Juventus Turin mit 3:1 bezwang. Bei der Fußball-Europameisterschaft 2024 war das Olympiastadion erneut Endspielort und Austragungsort mehrerer weiterer Partien.
Hertha BSC bestreitet seit der Gründung der Bundesliga 1963 durchgängig – mit Ausnahme der Drittligajahre 1986 bis 1988 – seine Heimspiele im Olympiastadion. Jährlich findet zudem das Internationale Stadionfest (ISTAF) statt, eine der traditionsreichsten Leichtathletik-Veranstaltungen Europas, deren erste Auflage bereits 1937 ausgetragen wurde.
Über den Fußball und die Leichtathletik hinaus ist das Olympiastadion regelmäßig Schauplatz großer Konzerte internationaler Stars, darunter Auftritte von AC/DC, Metallica, Pink, den Rolling Stones, Depeche Mode und Rammstein. Am 22. September 2011 zelebrierte Papst Benedikt XVI. dort eine Messe im Rahmen seines Deutschlandbesuchs.
Der Comedian Mario Barth stellte 2014 mit zwei Auftritten vor insgesamt rund 116.000 Zuschauern einen Guinness-Weltrekord für die größte Comedy-Zuschauerzahl auf. Im Juni 2023 fand im Olympiastadion die Eröffnungsfeier der Special Olympics World Summer Games statt.
Das Stadion diente außerdem mehrfach dem American Football: Von 1990 bis 1994 fanden dort fünf "American Bowl"-Spiele statt, und von 2003 bis 2007 war es Heimstätte der Berlin Thunder in der NFL Europe. 2025 kehrte die NFL mit einem regulären Saisonspiel der International Series zurück, als die Indianapolis Colts vor 72.203 Zuschauern auf die Atlanta Falcons trafen. Bei den Leichtathletik-Europameisterschaften 2018 sowie weiteren internationalen Meisterschaften war das Olympiastadion ebenfalls Hauptschauplatz. Insgesamt besuchen das Gelände und das Stadion jährlich mehrere hunderttausend touristische Besucher, unabhängig von Sport- und Konzertveranstaltungen.
Das Olympiastadion befindet sich im Eigentum des Landes Berlin und wird von der Olympiastadion Berlin GmbH betrieben. Hertha BSC ist weiterhin Hauptmieter, spielt jedoch seit dem sportlichen Abstieg aus der Bundesliga in der Saison 2022/23 in der 2. Bundesliga und trägt seine Heimspiele unverändert im Olympiastadion aus, was angesichts der Vereinsgröße im Verhältnis zur Stadionkapazität immer wieder Diskussionen über die langfristige Wirtschaftlichkeit des Standorts auslöst.
Das Bauwerk steht seit 1966 unter Denkmalschutz und gilt als eines der besterhaltenen Zeugnisse der NS-Architektur in Deutschland; der Umgang mit dieser historischen Last ist Teil der musealen und pädagogischen Vermittlung vor Ort, unter anderem durch Ausstellungen und Führungen zur Geschichte des Reichssportfeldes. Für seine Sanierung erhielt das Stadion mehrere internationale Architekturpreise, darunter den IOC/IPC/IAKS Gold Award (2007), den BDA Architekturpreis Nike (2007), den iF Gold Award (2007), den red dot award (2007) sowie den Licht-Architektur-Preis (2005).
Verkehrlich ist das Stadion über die U-Bahn-Station "Olympia-Stadion" (Linie U2, rund 500 Meter entfernt) sowie die S-Bahn-Stationen an der Trasse der Linien S3/S9 (rund 300 Meter entfernt) angebunden, ergänzt durch ein Sonderverkehrskonzept bei Großveranstaltungen. Als eines der wenigen deutschen Stadien mit durchgehender Fünf-Sterne-UEFA-Klassifizierung bleibt das Olympiastadion auch im Jahr 2026 ein regelmäßiger Bewerber und Austragungsort für internationale Großveranstaltungen im Fußball, in der Leichtathletik und darüber hinaus.