2008-ci ildə ilkin mərhələ olaraq stadionun dizaynı işləri başladı. Tenderdə bir neçə yerli və xarici şirkətlərin təklifi nəzərə alındı. İqtisadi səmərəlilik, müasirlik, şəhərin arxitekturasına uyğunluq həmçinin texniki xüsusiyyətlər nöqteyinəzərdən təşkilatçılar Türkiyə şirkəti olan TOSA-nın təklif planın qəbul etdilər və bunun əsasında dizayn işləri davam etdirildi.

Stadion ərazisinin hazırlığı ARDNŞ-nın tikinti şirkəti tərəfindən həyata keçirildi. İlkin işlərə yaşıllaşdırma, stadionun bünövrəsini möhkəmlətmə və tam miqyaslı tikinti xidmətləri göstərilməsi üçün gələcək tenderlərin inkişaf planı aid idi.

2012-ci ilin noyabr ayında, stadionun tam miqyaslı tikintisinə start verilmişdir. İnşaat işləri Beynəlxalq Tikinti (İBC), UEFA və FİFA-nın standartlarına əsasən, o cümlədən Azərbaycanın tikinti qaydalarına uyğun olaraq görülmüşdür. 2014-cü il fevral ayının 28-də, Azərbaycan Prezidenti İlham Əliyev, stadionda aparılan tikinti işləri ilə tanış olmuşdur.

650.000 kv. m-lik ərazinin 225.000 kv m-lik hissəsinin tikinti işləri Fevral, 2015-də tamamlanmışdır. 6 mərtəbəli və 65.7 metr hündürlüyündə olan stadion Bakı şəhəri ərazisində Böyükşor Gölünün yanında salınmışdır və 6 mart, 2015-ci ildə istifadəyə hazır vəziyyətə gətirilmişdir. Stadionun əsas icarəçisi Azərbaycan Milli Futbol Komandasıdır. Stadion İyun, 2015-də baş tutan Bakı-2015 1-ci Avropa Oyunlarının əsas idman məkanı kimi istifadə edilmişdir və eyni tədbirin açılış və bağlanış mərasimlərinə və atletika idman növünə ev sahibliyi etmişdir. Əlavə olaraq, stadionda UEFA-2020 Avropa Çempionatının 3 qrup mərhələsi və 1/4 final mərhələsi keçiriləcək. 2019-cu ildə isə UEFA Avropa Liqasının finalına ev sahibliyi edib. Stadion daxilində və xaricində çox avtomobillik dayanacaq sahəsi, gəzinti və yüksək infrastrukturla təchiz edilmişdir. Stadionun tikintisi podratçı şirkətin məlumatına əsasən 640 milyon dollara başa gəlib. Başqa bir mənbədə isə stadionun tikintisinin 775 milyon dollara başa gəldiyi yazılıb.

Stadionun rəsmi açılışı Prezident İlham Əliyevin iştirakı ilə 2015-ci il mart ayının 18-də baş tutmuşdur.

Beynəlxalq ekspertlərin rəyinə əsasən, stadionunun yaxınlığında yerləşən Böyükşor gölü, dünyanın ən çirkli göllərindən biri sayılır. Avropa Oyunları çərçivəsində bir çox fəaliyyətlərlə Böyükşor gölünün şərqində yerləşən, Bakı Olimpiya Stadionunda baş tutacağı üçün bu əraziyə çox saylı qonaqların, idmançıların və turistlərin gələcəyi nəzərdə tutulmuşdu. Bu səbəbdən, gölün və göl ətrafının ekoloji mühitin bərpası əsas məqsədlərdən biridir.

Gölün ekoloji inkişaf layihəsi iki mərhələdən ibarət idi. Birinci mərhələ 2014–2015-ci illəri əhatə edir. Bu mərhələdə Olimpiya Stadionunun yaxınlığında yerləşən 300-ə yaxın hektar göl sahəsi bərpa edilmişdir. Bu mərhələdə ayrıldı və sahil neftlə çirklənmiş gölün tarixi sahəsində bir dam şimal təcrid. Belə ki, neftlə çirklənmiş suların və üzən tullantıların yolu bağlanacaq. dam altı zolaqlı avtomobil yolu olaraq nəzərdə tutulmuşdur və qərb sərhəd sahəsi təmsil olunur. Bundan əlavə, stadionun istiqaməti kanalizasiya quraşdırılmış və Waterfront bulvar bulvar xətti boyunca salınan və stadiona getmək. Böyükşor gölünün tam bərpa ikinci mərhələsi göl su səviyyəsi ekosistemi bərpa ayarlar təbii tarixi trek qaytarılır ki, nəticə ilə, il 2015–2020 əhatə edir.

Layihə ARDNŞ tərəfindən maliyyələşdirilmişdir. Stadion tikintisi və qurulması Dizayn&Tikinti sövdələşməsi əsasında Türk şirkəti həvalə edilmişdir. Stadionun ətrafında bir neçə otel, 3617 avtomobillik dayanacaq ərazsisi və 81574 m². yaşıllıq ərazi salınmışdır.

Podratçı şirkət TEKFEN 24 ay kimi rekord bir vaxtda stadionun tikintisini tamamlamış və sifarişçiyə layihənin başlamasından öncə təhvil vermişdir. Son dərəcə diqqətli iş ilə və 20.5 milyon qəzasız iş saatı ərzində tamamlanmışdır.

Stadionunun VVİP, VİP və CİP suitləri ümumi 127 otaq və 720 tamaşaçı tutumuna, xüsusi hazırlanmış 25.200 m². interyer və ümumi 3078 avtomobillik əraziyə malikdir. 1800 tamaşaçı tutumlu isinmə meydançası, MES binası, Məlumat Mərkəzi və 2 xarici bina, dizayn və mühəndislik xidmətləri və tikintiyə nəzarət və planlama xidmətləri TEKFEN tərəfindən uğurla həyata keçirilmişdir.

Məkan Azərbaycan Futbol Komandasının oyunlarına və konsertlərə ev sahibliyi edəcək. Stadion FİFA və UEFA-nın yüksək texniki tövsiyələrini və elit stadionlar üçün öhdəçilikləri ödəməklə avtomatik olaraq Avropa Futbol Çempionatlarına ev sahibliyi etmə şansı qazanır. Buna qədər stadion 1-ci Avropa Oyunlarının açılış və bağlanış mərasimlərinə və atletika idman növünə ev sahibliyi etmiş və AVRO-2020 Avropa Çempionatının qrup və ¼ final mərhələsinə ev sahibliyi edib. 2019-cu ildə burada UEFA Avropa Liqasının finalı keçirilib.

Bakı Olimpiya Stadionu aralarında "Allianz Arena", "", "Nou Kamp" və "Santyaqo Bernabeu" kimi dünyaca məşhur stadionlar olan UEFA-nın Elit Stadionları siyahısına daxil edilib.

finalını qəbul etmək üçün Bakı Olimpiya Stadionunun namizədliyi irəli sürülüb. Finala hansı şəhərin ev sahibliyi edəcəyi haqda qərarı 2025-ci ilin mayın 19-da keçiriləcək iclasında veriləcək.