Dzielnica Grunewald w zachodniej części Berlina, gdzie znajduje się stadion, związana jest ze sportem już od początków XX wieku, gdy na polecenie cesarza niemieckiego Wilhelma II zbudowano tu tor wyścigów konnych. Już w 1916 Berlin miał w tym miejscu organizować igrzyska i począwszy od 1912 roku rozpoczęła się budowa obiektu zwanego Stadionem Niemieckim lub Narodowym na 11,5 tysiąca miejsc siedzących i 18,5 tysiąca stojących. Impreza nie doszła jednak do skutku z powodu wybuchu I Wojny Światowej, jednak stadion spełniał swoją rolę stając się niemieckim centrum sportu.
Pomysł organizacji igrzysk w Berlinie powrócił pod koniec lat dwudziestych. W 1930 roku Międzynarodowy Komitet Olimpijski obradujący w Berlinie był tak zachwycony entuzjazmem, z jakim miasto i jego mieszkańcy podchodzą do sportu, że rok później przyznał stolicy Niemiec igrzyska w 1936. W 1933 roku władzę przejęli naziści, a kanclerz Adolf Hitler szybko zorientował się, że impreza może być idealną okazją do szerzenia swojej propagandy. Rząd III Rzeszy przekazał więc sześć milionów marek na zburzenie starego i budowę całkiem nowego obiektu, który mógł pomieścić pięćdziesiąt tysięcy osób. Powstały wówczas założenia architektoniczne, które są widoczne do dzisiaj - m.in. plac olimpijski przed stadionem oraz słynne wieże i dzwonnica. Igrzyska w Berlinie miały być propagandowym triumfem białej rasy, która udowodni światu swoją dominację nad innymi. Częściowo się to udało, gdyż III Rzesza zdecydowanie zwyciężyła w tabeli medalowej (89 krążków w tym 33 złote) wyprzedzając Stany Zjednoczone (56 w tym 24 złote). Święto nazistom popsuł jednak czarnoskóry reprezentant USA - Jesse Owens, który zdobył cztery złote medale.
Fot. Uncredited AP
Pochodzący z Alabamy wnuk niewolnika wygrał rywalizację na sto metrów, dwieście metrów, w skoku w dal oraz w sztafecie 4 x 100 metrów. W obu wyścigach indywidualnych zostawił w pokonanym polu m.in. Holendera Tinusa Osendarpa (dwa brązy) oraz Niemca Ericha Borchmeyera (piąty na sto metrów). Hitler oczywiście nie był zbyt zadowolony z takiego obrotu sprawy. W rozmowach ze swoimi współpracownikami sugerował nawet, że w przyszłości należałoby wykluczyć czarnoskórych z rywalizacji z białymi sportowcami. Dziś jednak jedna z ulic w pobliżu stadionu nazwana jest imieniem Owensa.
W 1937 roku na trawiastym terenie w pobliżu stadionu zwanym "Maifield" odbyło się spotkanie z przywódcą faszystowskich Włoch - Benito Mussolinim. Witały go tam wówczas tysiące nazistów z pochodniami. Wojnę przeszedł stadion bez poważniejszych zniszczeń, a po 1945 znalazł się w granicach Berlina Zachodniego. Początkowo budynki administracji stadionu zostały zajęte przez brytyjskie siły okupacyjne, jednak szybko został udostępniony berlińczykom, którzy tłumnie korzystali z jego możliwości.
Od 1963 roku na stadionie gra Hertha Berlin, a w 1974 roku odbyły się na nim trzy mecze grupy A mundialu. Mimo, że w jednej grupie znalazły się wówczas Niemcy Zachodnie i Wschodnie, to ze względu na napiętą sytuację pomiędzy dwoma krajami, zagrały one ze sobą w Hamburgu. Na stadionie Olimpijskim RFN pokonała Chile 1:0, które później zremisowało tu z z NRD 1:1. W ostatnim meczu rozegranym przy ulewnym deszczu Chile zremisowało bezbramkowo z Australią.
Pod koniec ubiegłego wieku zastanawiano się co zrobić z przestarzałym obiektem i mimo że wielu chciało zburzenia go i postawienia nowego stadionu, to ostatecznie władze Berlina zdecydowały o rekonstrukcji. W latach 2000-2004 przebudowano stadion tworząc nowoczesną arenę sportową - obniżono samą murawę, znacznie poprawiono kąt nachylenia trybun, nad całością których pojawił się nowy dach. Zachowano przy tym oryginalne elementy wystroju oraz rzeźby pochodzące jeszcze z lat trzydziestych. Całkowity koszt przebudowy, po której pojemność stadionu wynosi 74,5 tysiąca, zamknęła się w 242 milionach euro.
Dzięki temu Stadion Olimpijski mógł stać się główną areną Mistrzostw Świata w piłce nożnej, jakie przyznano Niemcom jeszcze w w 2000 roku. W 2006 odbyło się tu sześć meczów mundialu, w tym ćwierćfinał wygrany w rzutach karnych przez Niemców z Argentyną oraz nieprawdopodobny finał pomiędzy Włochami, a Francją. Głównymi bohaterami meczu byli oczywiście Zinedine Zidane i Marco Materazzi, którzy strzelili po jednym golu w regulaminowym czasie gry, a w dogrywce Francuz posłał włoskiego obrońcę na murawę pamiętnym ciosem głową w klatkę piersiową. W rzutach karnych nerwy lepiej opanowali reprezentanci Italii, którzy wygrali 5:3 i sięgnęli po Puchar Świata.
W sierpniu 2009 na Stadionie Olimpijskim odbyły się Mistrzostwa Świata w lekkoatletyce, podczas których ustanowione zostały trzy rekordy świata. Dwa z nich, pobite przez Usaina Bolta na niebieskiej bieżni obiektu nawiązującej kolorystyką do barw Herthy, obowiązują do dzisiaj. Będący w życiowej formie Jamajczyk zapowiadał poprawienie swoich wyników z Pekinu (9,69 i 19,30) i słowa dotrzymał. Najpierw na sto metrów Bolt pobiegł w niesamowitym czasie 9,58, a cztery dni później 200 metrów przebiegł w czasie 19,19.
Rekord świata pobiła na tych mistrzostwach także Anita Włodarczyk w rzucie młotem, jednak jej wynik 77,96 pozostał najlepszy zaledwie przez dwa lata. W maju 2011 rekord Polki pobiła podczas mityngu w Halle Niemka Betty Heidler.
Pierwszy finał Pucharu Niemiec odbył się na Stadionie Olimpijskim jeszcze przed wojną - w 1936 roku VfB Lipsk pokonał Schalke 2:1.Do zakończenia wojny mecz finałowy odbył się tam jeszcze pięć razy, a ostatni raz w 1942 roku. Puchar został wznowiony w 1953 roku, jednak biorąc pod uwagę fakt, że grały w nim tylko drużyny z RFN-u, to mecze odbywały się na terenie Zachodnich Niemiec. Finał powrócił na berliński stadion dopiero w 1985 roku, a więc po 43 latach. Od tego czasu regularnie już rozgrywany jest w tym miejscu.
Jeden z najbardziej pamiętnych finałów odbył się w 2012 roku, gdy Borussia pokonała Bayern aż 5:2. Hat-tricka w tamtym spotkaniu zanotował Robert Lewandowski i z pewnością w podobny sposób chciałby pożegnać się z BVB także w sobotnim finale.