Под трибуной «С» Большой спортивной арены расположен музей спорта, основанный в 1957 году к открытию VI Всемирного фестиваля молодёжи и студентов. Экспозиция музея рассказывает об истории российского спорта с конца XIX века по настоящее время. Фонды музея насчитывают около 25000 экспонатов, самыми ценными из которых являются памятная медаль I-х Олимпийских игр современности (1896 год), керамическое блюдце работы Пикассо, инструмент для медитации китайских императоров. В музее также хранятся коллекции олимпийских медалей и спортивных наград, плакатов, личные вещи знаменитых спортсменов, подарки зарубежных делегаций. Большая часть экспозиции посвящена XXII Олимпийским играм 1980 года в Москве. Посещения музея является частью экскурсионной программы по Олимпийскому комплексу.