東京体育館
徳川宗家が代々所有していた渋谷区千駄ヶ谷の土地・建物(買収時点では徳川家正が所有)を1943年(昭和18年)に当時の東京府が買収し「葵館」の名称で錬成道場として使用したのを端緒とする。第二次大戦後の駐留軍将校宿舎・将校クラブとしての使用を経て東京都収用委員会庁舎として使用されていた建物を取り壊し、新たに体育館として整備されたものである。当時、RC造2階建ての洋館が存在していたが、体育館建設のための移設を経て屋内水泳場建設時に解体された。
1956年(昭和31年)に体育館(東京都体育館)が、1958年(昭和33年)に屋内水泳場と陸上競技場が完成し、同年5月24日から6月1日にかけて1958年アジア競技大会(第3回アジア大会)のバスケットボール、水泳(競泳、飛板飛込、水球)競技の会場として使用された。体育館の総工費は3億5千万円(当時)。1964年(昭和39年)には、1964年東京オリンピックの体操競技、水球競技の会場として使用された。
老朽化のため1986年12月より1回目の改築工事に着手(この時点で東京都スポーツ文化事業団が施設運営に関与し始める)。
小田和正 - 2014年7月12日・13日、2016年6月30日・7月1日
THE IDOLM@STER 765PRO ALLSTARS - 2014年10月4日・5日、2017年1月28日・29日
ケイティ・ペリー - 2015年4月25日・26日
KARA - 2015年5月2日
吉川晃司 - KIKKAWA KOJI Live 2016 "WILD LIPS" 2016年8月27日、8月28日
ナイトメア - 2016年11月23日
乃木坂46 - 2017年4月20日・21日・22日
TWICE - 2017年7月2日 1日2公演実施
SILENT SIREN
Da-iCE
米津玄師 - 2022年9月23日・24日
&TEAM
TREASURE
テヨン - The ODD Of LOVE in JAPAN 2023年7月8日・9日
FRUITS ZIPPER
幕張メッセの設計で知られる槇文彦の設計で1990年4月に東京体育館として全面改築オープンした。
2006年から指定管理者制度が導入され、東京都スポーツ文化事業団を代表企業としたコンソーシアム(株式会社ティップネス、株式会社オーエンスが経営に参画)により運営が行われている。同年5月27日に陸上競技場にフットサルコート(多目的コート)が設置された。特定非営利活動法人 MIPスポーツ・プロジェクトが運営している。
2012年、施設の老朽化のため2回目の改修工事が実施され、プールが4月1日より、その他の施設も7月1日より休館となった。2013年4月1日リニューアルオープン。これを記念して、同年3月24日に東京スポーツドリーム2013が開催された。なお改修工事期間中は、主要イベントは他会場を代替にして開催された。
2018年7月1日から2020年東京オリンピックに向けた3回目の改修工事が実施され休館となった。同オリンピック・パラリンピックでは卓球競技の会場として使用された。2021年12月18日よりメインアリーナ・サブアリーナ・トレーニングルーム・プールが、2022年2月11日より陸上競技場・多目的コートが再開された。