เมื่อปี พ.ศ. 2512 คณะรัฐมนตรีซึ่งนำโดยนายกรัฐมนตรี จอมพล ถนอม กิตติขจร มีมติเห็นชอบด้วยกับโครงการจัดสร้างสนามกีฬาที่หัวหมาก ขนาดความจุ 1 แสนคน ด้วยงบประมาณ 40 ล้านบาท ซึ่งเสนอเข้าสู่ที่ประชุม ตามที่องค์การส่งเสริมกีฬาแห่งประเทศไทย (อสกท.; ปัจจุบันคือการกีฬาแห่งประเทศไทย หรือ กกท.) นำเสนอมา แต่ยังไม่มีการก่อสร้าง เนื่องจากไม่มีงบประมาณ

จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2528 ไพบูลย์ วัชรพรรณ ผู้ว่าการ กกท.คนแรก เสนอของบประมาณ 500 ล้านบาท สำหรับก่อสร้างสนามกีฬากลาง ขนาดความจุ 80,000 ที่นั่ง ภายในสนามกีฬาหัวหมาก เพื่อเฉลิมพระเกียรติพระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว เนื่องในวโรกาสทรงเจริญพระชนมายุครบ 60 พรรษา และใช้ในการแข่งขันกีฬาระดับชาติร่วมกับสนามศุภชลาศัย ซึ่งได้รับความเห็นชอบ[3] โดยมอบหมายให้คณะสถาปัตยกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยเป็นผู้ออกแบบ และทำสัญญาจ้าง ห้างหุ้นส่วนจำกัดวิวัฒน์ก่อสร้าง พร้อมทั้งจัดจ้าง บริษัท สยามซีเท็ค จำกัด เป็นผู้ควบคุมการก่อสร้าง เมื่อวันที่ 22 กันยายน พ.ศ. 2531 จนกระทั่งแล้วเสร็จเมื่อวันที่ 31 พฤษภาคม พ.ศ. 2538 รวมระยะเวลาก่อสร้างทั้งสิ้น 2,443 วัน คิดเป็นเงินทั้งสิ้น 630 ล้านบาท

ต่อมาในระยะที่ 2 คณะสถาปัตยกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เข้าให้ความร่วมมือตกแต่งรายละเอียด ทางสถาปัตยกรรมและวิศวกรรม และระบบไฟส่องสว่าง ระบบเสียงเพิ่มเติม การติดตั้งเก้าอี้บนอัฒจันทร์ฝั่งมีหลังคา พร้อมราวกันตก โดยห้างหุ้นส่วนจำกัดช้างม่อยเฟอร์นิเจอร์ เป็นผู้รับจ้าง รวมค่าใช้จ่ายประมาณ 550 ล้านบาท แต่ใช้วงเงินไปประมาณ 367 ล้านบาท ตามนโยบายลดค่าใช้จ่ายของนายสุขวิช รังสิตพล ประธานคณะกรรมการจัดการแข่งขันกีฬาเอเชี่ยนเกมส์ครั้งที13 และระยะที่ 3 ในช่วงก่อนเปิดการแข่งขัน กีฬาเอเชียนเกมส์ ครั้งที่ 13[4]ประมาณ 1 เดือน คือการจัดทำตราสัญลักษณ์พระราชพิธีรัชมังคลาภิเษก และตัวอักษรแสดงชื่อสนามเป็นภาษาไทยและภาษาอังกฤษ เพื่อติดตั้งบนกำแพงส่วนนอกอัฒจันทร์ฝั่งกระถางคบเพลิง การตกแต่งบริเวณส่วนที่ประทับ และส่วนที่นั่งประธาน รวมทั้งการทาสีภายในบางส่วน ตลอดถึงการสถาปัตยกรรมต่างๆ เป็นเงิน 8 ล้านบาท โดยรวมงบทั้ง 3 ระยะ เป็นเงินทั้งสิ้นประมาณ 1,188 ล้านบาท

หลังจากแข่งขันกีฬาเอเชียนเกมส์ ครั้งที่ 13 เสร็จสิ้นแล้ว มีการปรับปรุงต่อเติม ที่ทำการสมาคมกีฬา, ห้องประชุม และสำนักงานฝ่ายต่างๆ ของ กกท.โดยรอบใต้ถุนอัฒจันทร์ ทำให้ยอดงบประมาณการก่อสร้างสนามแห่งนี้ รวมทั้งสิ้น 1,255,569,337 บาท[5] ซึ่งในปัจจุบัน ใช้รองรับการแข่งขันฟุตบอลระหว่างประเทศที่สำคัญ รวมถึงการแข่งขันฟุตบอลถ้วยพระราชทาน และนัดกระชับมิตรของฟุตบอลทีมชาติไทย หรือสโมสรฟุตบอลของไทย กับฟุตบอลทีมต่างชาติ หรือสโมสรฟุตบอลจากต่างประเทศเช่น แมนเชสเตอร์ยูไนเต็ด, ลิเวอร์พูล, ลีดส์ยูไนเต็ด, เรอัลมาดริด, บาร์เซโลนา และเชลซี เป็นต้น[6]