Sur demande d'Edouard Herriot, alors maire de Lyon, l'architecte Tony Garnier se penche sur la réalisation d'un complexe sportif mettant à l'honneur cet aspect de la ville dans la perspective de l'exposition internationale de 1914.

L'urbaniste français dessine alors un stade inspiré de l'époque romaine, composé d'une grande galerie circulaire posée sur un talus végétal et de quatre portes immenses, en forme d'arche, aujourd'hui classées monument historique depuis 1967.

Mis en chantier en 1913 dans le quartier de Gerland, dans le 7ème arrondissement de la ville (emplacement qui donnera son nom à l'enceinte), le stade omnisports abritant en plus une piste d'athlétisme et un vélodrome voit sa construction stoppée à cause de la grande Guerre. En 1919, dès la fin du conflit, des prisonniers de guerre allemands sont réquisitionnés pour la reprise des travaux, qui dureront jusqu'en 1926.

En 1950, le Lyon olympique universitaire acquiert le nom Olympique lyonnais et prend possession du stade de Gerland. Le football dominant peu à peu les autres sports, l'enceinte connaît alors des vagues d'aménagements successifs : Ajout de tribunes couvertes dans les premières années d'occupation, disparition de la piste cycliste et des couloirs d'athlétisme, respectivement fin des années 1960 et début des années 1970.

Avec la perspective de l'Euro 84, le stade Gerland va visuellement évolué, sous la houlette de René Gagis : Les tribunes Jean Jaurès et Jean Bouin vont se rapprocher de la pelouse, les grillages vont faire place à un fossé. Dans le même temps, la capacité du stade lyonnais grimpe à 51 860 places.

C'est finalement l'architecte Albert Constantin qui donnera à l'enceinte sa forme actuelle. Dans le but d'accueillir des matchs de la Coupe du monde 1998, la ville de Lyon entreprend de grands travaux. Les tribunes nord et sud font place à deux virages couverts d'une structure métallo textile de 4300m² chacun plus rapprochés de la pelouse, et un étage est ajouté à l'enceinte afin de créer des loges équipés. Des changements qui font néanmoins passer la capacité du stade à 43 051 places.

Durant l'été 2005, la tribune Jean Bouin se dotera aussi de loges, et la pelouse sera pour la première fois intégralement changée en 2007. Le stade Gerland peut aujourd'hui accueillir 40 494 spectateurs assis, selon le site officiel du club.

Le record d'affluence jamais enregistré à Gerland est de 48552 spectateurs, pour le derby entre l'Olympique lyonnais et l'AS Saint-étienne daté du 9 septembre 1980. Alors en D1, les deux clubs se séparèrent sur un score nul 1 partout, Daniel Xuereb (56ème minute) répondant à l'ouverture du score de Jacques Zimako (44ème minute).

le stade de Gerland a accueilli dans son histoire des rencontres comptant pour toutes les plus grandes compétitions de Football, à savoir l'Euro (1984), la Coupe du Monde (1986, 1998), la Coupe des vainqueurs de coupe (1986), la Coupe UEFA (1974, ...), la Ligue des Champions (2001, ...) et même la Coupe des Confédérations (2003). Le rugby à XV a aussi été à l'honneur avec trois rencontres de Coupe du Monde 2007.