Sân Hàng Đẫy trước kia vốn là một bãi đất 3 héc-ta thuộc “Hội Thể dục Bắc Kỳ” (Société d’Education Physique du Tonkin, viết tắt là SEPTO). Mục đích ra đời của sân vào năm 1934 là để khuyến khích thanh thiếu niên Hà Nội tập luyện thể dục thể thao theo lời kêu gọi “không để cho thực dân Pháp coi thường người Việt Nam!”. Dù là sân vận động lớn nhất lúc bấy giờ, nhưng SEPTO chỉ có sức chứa 400 chỗ ngồi, với mặt sân gồ ghề và hoàn toàn không thể sử dụng mỗi khi trời mưa.

Sau Cách mạng Tháng Tám, SEPTO vẫn là địa điểm chính tổ chức các trận bóng đá, nhưng phải đến năm 1954 khi thủ đô được giải phóng, sân Hàng Đẫy mới chính thức ra đời nhờ chủ trương của Chính phủ, xây một sân vận động “đẹp, tốt, rộng, đúng quy cách hiện đại”. Khởi công vào ngày 16/2/1957 và khánh thành vào ngày 24/8/1958, một tiến độ thi công được xem là cực kỳ tốc độ vào thời bấy giờ, sân Hàng Đẫy mới chính thức ra đời với diện tích 21.844m2, bao bọc bởi tường cao có mười lăm cửa nhỏ và ba cửa lớn, chính giữa là sân bóng đá, xung quanh có đường chạy điền kinh, sân bóng chuyền, bóng rổ... Khán đài xây theo hình lòng chảo có hai mươi bậc chứa được xấp xỉ 2,5 vạn người.

Trong khoảng thời gian 2000 - 2005, sân vận động Hàng Đẫy được đổi tên thành sân vận động Hà Nội.

Sân Hàng Đẫy đã nhiều lần được sửa chữa, nâng cấp nhằm hoàn thiện theo tiêu chuẩn quốc tế, đáng kể nhất là vào thập niên 90 nhằm phục vụ cho Tiger Cup 1998, với hệ thống chiếu sáng mới hiện đại, chỉnh sửa mặt sân, thay cỏ, lắp ghế ngồi, đồng hồ điện tử, bảng điện tử, mở rộng và nâng sức chứa lên hơn ba vạn chỗ ngồi.