Se ha transformado el antiguo estadio, del cual se ha conservado la fachada, obra del arquitecto Pere Domènech i Roure, hijo del modernista Lluís Domènech i Montaner. El frontis es del escultor Vicenç Navarro y las estatuas que hay sobre la puerta de entrada son de Pau Gargallo.
El resto se ha construido siguiendo el proyecto resultado de la fusión de los proyectos que presentaron a concurso internacional el arquitecto Vittorio Gregotti, por una parte, y el equipo formado por Federico Correa, Alfonso Milà, Carles Buixadé y Joan Margarit, por otra. Richard Weile fue el encargado de la supervisión técnica de los proyectos, y el consultor en los temas de ingeniería deportiva.
En el Estadio Olímpico tuvo lugar la ceremonia de inauguración de los Juegos Olímpicos de 1992.