Это великолепное мраморное здание находится у основания холма Ардитос. Когда-то на этом месте возвышался Панафинейский стадион, который был возведен в 330-329 годах до нашей эры по приказу Ликурга. Этот стадион не раз подвергался перестройке. Первым его вознамерился изменить император Адриан (117-138 гг.), который разместил здесь арену для гладиаторских боев. Зажиточный римский меценат Герод Аттик отделал здание стадиона белым мрамором и организовал в 144 году Всегреческие игры. Затем на протяжении нескольких веков мрамор этого здания использовался при возведении прочих зданий Греции.

В 1895 году Георгий Аверов, решив устроить первые современные Олимпийские игры, потратил на восстановление стадиона 4 млн. драхм. Архитектором нового проекта был выбран Анастасиос Метаксас, который приступил к работам 5 апреля 1896 года, опираясь на чертежи стадиона Герода Аттика, сохранившиеся в «Описании Эллады» Павсания. 

Сооружение было сделано из белого пентелийского мрамора. Длина стадиона составляет 204 метра, а ширина равняется 83 метрам. Зал вмещает до 60 000 зрителей.

В 1869-1879 годах архитектор Эрнст Зиллер проводил тут археологические исследования. Именно он обнаружил здесь статуи Аполлона и Диониса, которые отделяли беговые дорожки. Эти скульптуры находятся в Национальном археологическом музее. 

Олимпийские игры 2004 года задели этот стадион: здесь был заявлен финиш марафонской дистанции.