El antecedente primero de este estadio se encuentra en el llamado «Stadio dei Cipressi» fue proyectado y construido en el marco del proyecto de creación de una auténtica ciudad de los deportes que se llamaría «Foro Mussolini». Trabajos que comenzaron en 1928 y que terminaron en 1937 bajo la supervisión del arquitecto Luigi Walter Moretti.

En diciembre de 1950 fueron abiertas las canteras para la reconstrucción del Estadio Olímpico para adaptarlo a la capacidad de cien mil personas con miras a las XVII Olimpiadas. El estadio fue inaugurado el 17 de mayo de 1953 con el partido entre las selecciones nacionales de fútbol de Italia y Hungría.

Durante las Olimpiadas de 1960 el estadio fue sede de las ceremonias de apertura y clausura y de las competiciones atléticas.

Para ser sede del Mundial de fútbol de 1990, el Olímpico fue íntegramente demolido y reconstruido en hormigón armado; las curvas fueron aproximadas al campo en nueve metros. Las arquibancadas fueron integralmente protegidas por una cubierta blanca en estilo árabe y fueron colocados asientos de plástico azul y dos nuevos telones. Al finalizar los trabajos, la capacidad oficial era de 72.698 espectadores. Aquí se jugó la final de la UEFA Champions League el 27 de mayo de 2009 entre el FC Barcelona y el Manchester United, con victoria del equipo español por 2 a 0.

El estadio lo comparte con su tradicional rival SS Lazio, con quien disputa el Derby di Roma. Con un aforo de 81.903 espectadores, es el segundo estadio con mayor capacidad en Italia, solo por detrás del Estadio Giuseppe Meazza de Milán, y es considerado, según los parámetros de la UEFA, como un estadio de categoría 4.