广州体育馆自1999年2月11日奠基开工，历经两年多建设，于2001年6月底正式竣工并交付使用，自此成为广州举办大型活动的重要场所。
2001年是广州体育馆的活跃之年，不仅承办了“九运会”的体操决赛和闭幕式，还有王菲的精彩演唱会，以及大卫高柏菲的“魔术旋风”表演。同年，还有艾薇儿、张敬轩、蔡依林等众多知名艺人的演唱会，展示了体育馆的高人气。
接下来的几年，广州体育馆更是星光熠熠，2008年举办了VITAS、林忆莲、谢安琪、黎明等人的演唱会，以及苏迪曼杯羽毛球赛，以及林俊杰、陈奕迅等人的多场演唱会。2009年，五月天、张惠妹、张韶涵等人的演唱会更是让体育馆座无虚席。
2010年，广州体育馆更是见证了周笔畅的“唱歌去旅行”演唱会，以及2010年亚运会和亚残运会，成为全球瞩目的焦点。这一年，还有多位重量级歌手如蔡琴、张惠妹、许冠杰等人的演唱会，以及跨年演唱会，展示了体育馆的多元和包容。
2011年至2013年，广州体育馆的活动依然频繁，黄子华、林子祥、潘玮柏、罗志祥等艺人的演唱会，以及各种国际巨星如阿肯、周华健、莎拉布莱曼的演出，继续为广州市民带来丰富的文化娱乐体验。
广州体育馆是为"中国第九届运动会"建设的一座现代化综合性多功能体育设施，是"九运会"体操、篮球等项目的比赛地和盛大的闭幕式举办地。它是广州市新世纪的重点、标志性建筑。 广州体育馆位于广州新广从公路原白云苗圃地段，项目占地约24万平方米，其中约8万平方米作体育馆建设用地，6万平方米作体育公园，8万平方米作运动员村，2万平方米为市政规划道路。项目总建筑面积约17万平方米。