Първоначално на мястото на стадиона е имало естествена дупка в земята между два хълма - Агра и Ардет, над р. Илисос. Превърнат е в стадион от Ликургос през 330-329 г. Пр.Хр. През 140 и 144 Херодес Атикус го обновява във формата, в която е бил открит през 1870 г. след разкопки - конструкция във формата на подкова с писта от 204,07 м дължина и 33,35 м широчина. Счита се, че стадионът е побирал 50 000 души. Били изградени сектори между стълбите. Херодес вероятно е възстановил и моста на р. Илисос, като го уголемил и е добавил 3 арки. През Римско време стадионът е бил използван като арена и е била добавена стена в северната му част. Съвременната реконструкция на стадиона е била направена от Г. Аверов в края на 19 в. по повод на първите олимпийски игри, които били обновени и се провели в Атина през 1896 г.