体育场馆设施是发展体育运动的硬件保证。不同历史时期的体育场馆建设，从一个侧面反映了体育事业的发展水平。北京体育场馆的建设和发展历程，见证着新中国体育事业的发展壮大，也见证着北京这座“双奥之城”迈进新的里程碑。
清朝末年，受“西学东渐”的影响，一些接受维新思想的官吏、士绅纷纷出资设立民办的中学、小学，仿照西方模式设置教学内容，这其中自然也包括体育。但是，体育场馆的建设却长期付之阙如。初期，大型体育比赛一般都借用市立第四中学或汇文中学、清华学校等学校的场地，还曾在天坛公园南部空地上举办过全国运动会和华北运动会。
最早的较正规的体育场是初年位于崇文门内的汇文书院体育场和位于通州的协和书院体育场安博体育。1914年建在东单北大街的北京青年会体育馆，是北京最早的室内体育建筑。青年会楼内地面一层是体育馆，内有一个木质地板的没有边线的篮球场，地下则设有健身房，另有两个球道的地滚球场、两张台子的台球场和乒乓球场。青年会附近还有一处露天体育场，场内设有两片网球场，冬季则可用作滑冰场。
在京的高等院校中，清华学校在1918年建设了标准体育场，并建成体育馆。燕京大学1931年之前建有一个400米跑道的田径场、两个篮球场和六片网球场，之后又先后修建了两座体育馆。其他如北京大学、辅仁大学、北京师范大学、中国大学等，当时也建有可供田径、足球、棒球、垒球、网球以及篮球和排球训练、比赛的场地。中学当中潞河、汇文、育英、四中、志成和市立体育专科学校的体育场地较好。位于陶然亭东侧和先农坛西侧的北京体育专科学校1934年建校，1949年停办，校内曾有设施简陋但面积很大的体育训练场。
公共体育场所有先农坛体育场和中南海游泳池等。1933年，在中南海内嘉禾轩建成第一座面积为50×25米的公共游泳池。永定门内迤西的先农坛体育场，是当时北京唯一的一座大型公共体育场。
1929年春及1933年秋，北平市政府曾两次呈请国民政府内政部，请求拨给天坛空地辟建公共体育场，但因辟建体育场与古迹古物保存宗旨相悖，未获批准。1933年11月，内政部批准在先农坛西边空地修建公共体育场。1935年2月，因地势原因，屡经勘查，北平市政府决定改在地面较为平坦的先农坛东南隅空地修建北平市立公共体育场(又称市立先农坛公共体育场)。后由于北平市长袁良离任，秦德纯继任，修建公共体育场工程延至1937年春正式奠基。到1937年7月，全部工程除看台的罩面、安装门窗以及看台下(运动员宿舍)的地面铺水泥等项外，均已竣工。1941年至1945年5月间，体育场陆续被日军占用。抗战胜利后，1945年11月，北平市立公共体育场恢复，北平市教育局奉令接收场内日军遗留物资。1946年，市政府拨款对先农坛体育场进行了修缮。新中国成立后，先农坛体育场才开始真正发挥其应有作用。
1946年3月21日北平市政府秘书处关于修缮北平市公共体育场决议案给工务局的函（北京市档案馆藏）
1949年新中国成立后，北京体育场馆的建设实行大中小相结合原则，既要适应国际国内比赛、训练的需要，又要适应群众体育活动的需求。20世纪50年代初期，国家投资建设的都是中小型公共体育场，50年代中期以后，北京开始建设大型体育场馆。至60年代中期，先后建成北京体育馆、北京工育场、北京工育馆、首都体育馆等一大批大型体育场馆。70年代中期之后，市、区、县的体育场馆加紧了建设步伐。至1983年，市、区、县体委系统共建成各种公共体育设施163项，占地面积为新中国成立初期的43.13倍。
新中国成立之初，北京的体育场馆寥寥无几，最大的一座场馆就是先农坛体育场，稍作修整便用于举办大型活动和开展体育运动。1949年7月1日，中国党成立28周年纪念大会在这里举行，当时有超过3万名党员和市民参加。两年后的建党30周年庆祝大会同样在这里举行，这也是新中国成立后首次举行建党“逢十”纪念。1949年10月22日至24日，北京市人民体育大会在先农坛体育场举行，周恩来、彭真、郭沫若等参加了闭幕式。
1954年和1955年，先农坛体育场先后进行了两次改扩建，看台由原来的10级增加到26级，容纳观众由原来的15000人增至28900人，田径跑道由原来的三点式（篮曲式）改建成椭圆式的400米标准跑道，并架设了高度为38米的钢架结构照明灯塔。
先农坛体育场作为当时北京仅有的大型公共体育场，中央也经常光顾。1955年10月30日，主席和贺龙元帅在先农坛体育场观看了中华体总体训班与苏联泽尼特足球队的比赛，这是毛主席一生中观看的唯一一场国际足球比赛。
1952年底，国家体育运动委员会成立，贺龙兼任主任。当时的北京，除先农坛体育场外，还没有大型体育场馆。贺龙同志提出，要修建一个国内设施最齐全、设备最先进的体育馆。从1954年起，由北京市副市长万里亲自挂帅、北京市设计院设计、大通公司承担施工的北京体育馆开始修建，仅用了一年时间，就建成了一座占地16公顷的多功能体育馆。
1955年10月建成的北京体育馆，地处天坛公园东侧和龙潭湖北侧是新中国成立后新建的第一座大型体育建筑。面积32662平方米，由比赛馆、游泳馆、练习馆三部分组成。比赛馆可容纳6000多名观众；游泳馆的泳池有8条泳道，装有电子接触板计时器，并设有跳板、跳台等；练习馆可供篮球、排球、乒乓球等项目训练。
1959年建成的工育场是为庆祝新中国成立10周年、迎接第一届全国运动会而修建的，是当时的北京市十大建筑之一。工育场占地41.5公顷，总建筑面积84000平方米，其中主体建筑面积74543平方米，可容纳80000名观众。1961年2月，为举办第二十六届“世界乒乓球锦标赛”，在工育场西侧又建成了工育馆。工育馆建筑面积共计38000平方米，容纳观众15000人。
1968年10月建成的首都体育馆，位于西直门外动物园西侧，建筑面积40000平方米，馆内附设三个练习馆。比赛大厅的场地长88米、宽40米，大厅中央的场地可冷冻成冰场，供冰球和花样滑冰比赛。场内看台可容纳观众18000人，是当时全国最大的多功能综合体育馆，也是国内第一座室内滑冰馆。
为迎接1990年的第十一届亚洲运动会，北京市从1986年11月至1990年7月，共新建体育场馆20座，新建练习馆8座，改扩建体育场馆13座，总建筑面积47.8万平方米。工育场等大型场馆进行了翻建和改造。新建的场馆有：用于综合性体育活动的国家奥林匹克体育中心，以及大学生体育馆、海淀体育馆、地坛体育馆、朝阳体育馆、石景山体育馆、丰台体育中心（包括体育场、体育馆和棒垒球场）、光彩体育馆、国际网球中心、昌平自行车赛场、金海湖水上运动场等。到1990年，北京市体育场馆总数达6298座。
20世纪90年代起，以北京举办第十一届亚运会和第二十一届世界大会为契机，进一步推动了大型体育场馆的新建工作，如清华大学体育馆、清华大学跳水馆、宣武区（今西城区）广安体育馆、北京航空航天大学体育馆、北京体育师范学院游泳馆、海淀体育中心综合馆、北京市网球运动管理中心网球场等都是那时兴建的。2001年北京申办奥运会成功后，大型体育场馆真正进入了建设和拥有一流体育设施的跨越式发展的新阶段。
为适应北京奥运会比赛的需要，从2003年12月开始至2008年6月，新建比赛场馆12个，改扩建场馆11个，临建场馆8个。所有这些场馆都按国际单项体育组织的要求进行新建或改建，其选址、设计、施工及赛后利用等，都充分体现“绿色奥运、人文奥运、科技奥运”的理念，无论是技术设备的种类、数量、技术运行中心的规模和运行时间，均创造了历届奥运会之最。
奥林匹克体育中心是第十一届亚运会使用的主要建筑群，1989年12月建成，由4组大型体育建筑及一批辅助设施组成，包括田径场、综合体育馆、游泳馆、曲棍球场4个场馆。2006年4月又进行了改造，改造工程主要是奥体中心体育场、奥体中心体育馆、英东游泳馆等，并新建综合训练馆、中国反兴奋剂中心等设施，2007年9月改扩建完成。
国家体育场位于奥林匹克公园内，2003年12月动工，2008年6月竣工，因其独特的造型被人们亲切地称为“鸟巢”。北京奥运会、残奥会开闭幕式、田径比赛及足球比赛决赛在“鸟巢”举行。赛后，这里成了北京市民广泛参与体育活动及享受体育娱乐活动的场所，每年都举办一系列重大体育赛事和文艺活动。如世界车王争霸赛、中国与西班牙足球对抗赛、“鸟巢欢乐冰雪季”、百队杯足球决赛及歌剧《图兰朵》、大型音乐会《魅力·中国》等都曾落户“鸟巢”。
国家游泳中心也称“水立方”（冬奥会来临之际更名为“冰立方”）位于奥林匹克公园内，2003年12月开工，2007年10月竣工。“水立方”的整体建筑由3000多个气枕组成，形状各异，覆盖面积达10万平方米。北京奥运会和残奥会期间，国家游泳中心承担游泳、跳水、花样游泳等比赛。奥运会后，这里成为具有国际先进水平的集竞赛、健身、休闲于一体的中心，仅2009年一年就接待游客近500万人次，举办各类文体活动150多场。一些大型活动，如2009年8月8日全国首次全民健身日启动仪式、8月29日大型芭蕾舞剧《天鹅湖》及2010年10月12日的国际泳联短池世界杯系列赛等，都曾在这里举办。
国家体育馆位于奥林匹克公园内，2005年5月开工，2007年11月竣工。国家体育馆有固定座位1.8万个、临时座位2000个，是北京市座位最多的室内体育馆。场馆北侧看台上专门开辟300平方米台作为残疾人看台，使用轮椅的残疾人可以通过缓坡或6部残疾人专用电梯直接来到轮椅看台，整个看台可容纳250-300名坐轮椅观众。奥运会后，作为北京市一流的体育设施，这里已成为集体育、文化娱乐于一体的多功能服务中心，如首届世界武博运动会开幕式等重大赛事和活动曾在这里举行。
随着2022年第24届冬季奥林匹克运动会的成功申办，北京成为举世瞩目的“双奥之城”，北京的体育场馆建设也迎来了新的发展契机。
为减少对生态环境产生不利影响，北京冬奥会在场馆规划、建设、运行和赛后利用全过程中，坚持生态保护优先原则，最大程度利用现有场馆和设施，按照绿色建筑标准建设或改造场馆和设施，高标准保护赛区生态环境，促进人与自然和谐。
在“最大程度利用现有场馆和设施”方面，北京赛区充分利用2008年奥运会遗产：国家体育场、国家体育馆、国家游泳中心、五棵松体育馆、首都体育馆；张家口赛区充分利用云顶滑雪场现有雪道等；北京冬奥组委总部办公场所充分利用北京市首钢园区的现有设施。在“建造绿色场馆”方面，所有新建场馆均采用高标准的绿色设计和施工工艺，在节能、低碳能源、废弃物与废水处理等方面成为示范。