En tiempos antiguos fue utilizado para alojar la parte atlética de los Juegos de las Panateneas, en honor de la diosa Atenea. Durante la época clásica el estadio tenía asientos de madera. Fue reconstruido en mármol, por el Arconte Licurgo, en el año 329 a.C. y fue ampliado y renovado por Herodes Ático, en el año 140 d. C., con una capacidad de 50.000 asientos. Los restos de la antigua estructura fueron excavados y restaurados, con fondos proporcionados por Evangelis Zappas para el renacimiento de los Juegos Olímpicos.[1]​ Evangelis Zappas patrocinó los Juegos Olímpicos que se celebraron en 1870 y 1875.[1]​ El estadio fue renovado por segunda vez en 1895 para los Juegos Olímpicos de 1896, con financiamiento proporcionado para su finalización por el benefactor griego George Averoff (cuya estatua de mármol ahora está en la entrada), con base en diseños de los arquitectos Anastasios Metaxas y Ernst Ziller.[2]​