Das zentrale Stadion wurde 1968–1972 errichtet, geplant und entworfen von dem Architekturbüro Behnisch & Partner. Ursprünglich sollten darin  80.000 Zuschauer untergebracht werden, jedoch wurde Ende  der 1990er Jahre die Zuschauerzahl aus Sicherheitsgründen und durch die Umwandlung von Steh- in Sitzplätze auf etwa 69.000 Zuschauer verringert.

Nach den Olympischen Spielen wurde das Stadion von 1972 bis 2005 hauptsächlich als Heimstätte des FC Bayern München und vom TSV 1860 München genutzt. Im Jahr 2005 zogen die Vereine in die neu erbaute Allianz Arena um.

Neben den Spielen dieser Fußballvereine fanden auch weitere Profispiele im Olympiastadion statt. Dort wurden unter anderem die Endspiele der Fußball-Weltmeisterschaft 1974 und der Fußball-Europameisterschaft 1988 sowie mehrere Endspiele der UEFA Champions League und ihres Vorgängerwettbewerbs ausgetragen.

Das Olympiastadion ist zu zwei Dritteln ein Erdstadion und verfügte neben einem Fußballfeld über eine Leichtathletik. Im Jahr 2012 wurde die gesamte Oberfläche asphaltiert und darauf ein Kunstrasen verlegt. Die Arena war deutschlandweit das erste Stadion, das mit einer Rasenheizung sowie einem VIP-Bereich ausgestattet war, und es verfügte weltweit über das modernste Stadionflutlicht, mit dem Tageslicht simuliert werden kann. Die Zeltdachkonstruktion überspannt neben dem Stadion auch die Olympiahalle, die Olympiaschwimmhalle sowie die dazwischenliegenden Wege. Dadurch soll das Stadion Leichtigkeit, Transparenz und Offenheit symbolisieren. Es zählt zu den wichtigsten Bauten der bundesdeutschen Nachkriegsarchitektur und gilt als ein Wahrzeichen Münchens. Wie die anderen Bauten unter dem Zeltdach steht das Olympiastadion seit 1997 unter Denkmalschutz.