Hertha BSC trägt seit der Gründung der Fußball-Bundesliga im Jahr 1963 seine Heimspiele im Olympiastadion aus und ist derzeitiger Hauptnutzer. Tasmania Berlin, Tennis Borussia Berlin und Blau-Weiß 90 Berlin nutzten ebenfalls das Olympiastadion als Heimspielstätte während ihrer Zugehörigkeit zur 1. oder 2. Bundesliga. Seit 1985 findet im Olympiastadion jährlich das Endspiel des DFB-Pokals statt, vertraglich ist das mit dem DFB derzeit bis zum Jahr 2025 so festgelegt. Bis 2009 fand dort auch das Endspiel im DFB-Pokal der Frauen statt. 1974 und 2006 wurden im Olympiastadion Spiele der Fußballweltmeisterschaft ausgetragen, 2006 auch das Finale. 2011 wurde hier die Fußball-Weltmeisterschaft der Frauen eröffnet. Das Stadion wird Austragungsort der Fußball-Europameisterschaft 2024 sein. Das American-Football-Team von Berlin Thunder bestritt von 2003 bis 2007 seine Heimspiele in der NFL Europe im Olympiastadion. Zusätzlich werden Leichtathletik-Wettkämpfe, wie das jährliche ISTAF, ausgetragen.