In piena epoca fascista, Torino si dota di un nuovo impianto polifunzionale per sostituire lo Stadium, edificio monumentale realizzato in occasione dell'Esposizione internazionale del 1911 divenuto decisamente poco funzionale. Il nuovo complesso deve soddisfare le esigenze dello sport inteso come spettacolo di massa e, in particolare, ospitare le manifestazioni ginnico-ideologiche del regime, come i Littoriali della Gioventù. L’area prescelta  è nel settore meridionale della città (compresa tra la nuova piazza d’Armi e l’Ospizio di Carità), allora interessata da un processo di urbanizzazione che passa attraverso la costruzione di grandi servizi pubblici (gli ospedali, gli stabilimenti Fiat, i mercati generali).

L’Amministrazione Civica bandisce un appalto-concorso, attribuendo poi i lavori a tre imprese: la costruzione dello Stadio (tribune, gradinate e locali interni) è affidata alla Ditta Saverio Parisi di Roma; il campo per l’atletica, la Torre di Maratona e le biglietterie all’Impresa ing. Vannacci e Lucherini; la piscina coperta alla Società Anonima Imprese Edili Ing. E. Faletti. L’Impresa ing. Guido De Bernardi si occupa invece della preparazione dei campi e delle piste.

La rapidità con cui sono costruiti gli edifici è giustificata dalla necessità di ospitare i Littoriali dell’anno XI e i Campionati internazionali universitari, le manifestazioni ginniche promosse dal regime fascista previste a Torino per il 1933. Dopo neanche un anno dall’inizio dei lavori, la città dispone di un nuovo grande stadio, lo Stadio Mussolini, poi ribattezzato Comunale, e degli impianti sportivi a questo annessi, sull’area nelle immediate vicinanze della piazza d’Armi.

I lavori iniziano negli ultimi giorni del settembre 1932. Il complesso viene inaugurato il 14 maggio 1933 dal segretario del partito Achille Starace in occasione dei Littoriali della Gioventù. L’impianto non ha ambizioni simboliche o rappresentative: è concepito in termini puramente funzionali per l’epoca modernissimi.

Lo stadio è realizzato interamente in calcestruzzo armato. È formato da un vasto anello ellittico, che raggiunge un perimetro di circa 640 m. La base è costituita da una banchina di granito bianco, sulla quale poggia lo zoccolo in intonaco rosso; dello stesso materiale sono formati i piani a 45° che delimitano tre strisce vetrate per l’illuminazione dei locali interni, coronate da un parapetto bianco. Sopra questo si affacciano ampi finestroni limitati da pilastri in cemento che sorreggono lo sbalzo terminale, sporgente per oltre tre metri con un’inclinazione di 45°.

Gli accessi all’interno sono praticati attraverso 27 aperture, la principale delle quali si apre tra due pilastri in granito a tutta altezza e dà accesso a un salone pavimentato in marmo cipollino che serve di disimpegno alla tribuna d’onore. Le gradinate sono di due tipi: per posti a sedere e per posti in piedi; le prime sono coperte da una pensilina aggettante 10,75 m.

Il campo di gioco, oltre il calcio (70x105 m), ospita una pista podistica da sei corsie, il salto in lungo o con l’asta, il salto in alto, i lanci del giavellotto, della palla di ferro, del disco ecc¹.

Lo stadio, dell’architetto Raffaello Fagnoni (1901-1966), e degli ingegneri Dagoberto Ortensi (1902-1975) ed Enrico Bianchini (1903-1971) enfatizza il suo invaso ovale grazie allo sbalzo esterno.

Il campo per l’atletica leggera, valorizzato dall’elegante struttura in cemento armato delle tribune, e la torre Maratona, che cela il serbatoio d’acqua del complesso, sono progettati dall’architetto Brenno del Giudice (1888-1957), dall’ingegnere Gustavo Colonnetti (1886-1968, docente di Scienza delle costruzioni presso il Politecnico di Torino) e dall’ingegner Vannacci.

La piscina coperta, dal fronte art déco contrapposto agli interni razionalisti, è opera dell’architetto Contardo Bonicelli e dell’ingegnere Antonio Villanova.

In occasione dei Giochi olimpici invernali del 2006 il complesso è stato riqualificato e valorizzato, anche con la realizzazione del Palaolimpico e la chiusura alle auto del tratto di corso Sebastopoli di fronte allo stadio, con la connessione al parco antistante. Allo stadio si è aggiunto un terzo anello di gradinate con una struttura in acciaio, dotando tutti i settori di posti a sedere, che hanno ridotto a poco più di 26.000 posti la capienza originaria, di 65.000 posti in piedi.

Nel 2016, con il trasferimento della Juventus presso lo "Juventus Stadium", lo Stadio Olimpico di Torino si rinominerà Stadio Olimpico Grande Torino.