1984年7月4日，为迎接第六届全国运动会在广州举办，广东省人民政府、广州市人民政府在广州天河机场原址上兴建广州天河体育中心，经过三年建设，1987年8月30日举行隆重的落成典礼。

1987年8月30日广州天河体育中心举行隆重的落成典礼。在广州的中央委员、中顾委委员、中纪委委员王全国、欧阳山、范希贤、单印章，广东省委、省人大、省政府、省顾委、省政协、广州市委负责人叶选平、谢非、王宁、郭荣昌、李建安、罗天、凌伯棠、王屏山、杨应彬、康乐书，广州军区负责人尤太忠、张仲先、张万年，以及离休老干部王德、寇庆延、梁威林等参加了剪彩。

2011年广州恒大淘宝足球俱乐部把广州天河体育场定为主场。2016年2月初，广州市体育局与恒大俱乐部签订了承租合同，俱乐部承租天河体育中心内场，每期出租年限5年，实行有条件续签，总租期累计不超过20年。恒大已完成对天河体育中心体育场内场草皮及排水系统、喷淋系统的改造，场地的硬件已经达到了亚洲高标准水平。

2023年11月，入选为广州市“文旅体一证通”行政审批改革——穗演通场馆。

2024年6月21日起，天河体育中心体育场田径副场增设夜场开放时段。

2025年3月28日，广州天河体育中心体育场、体育馆维修改造项目提前实现重要节点目标。其中体育馆较原定计划提前28天完成联合竣工验收，体育场提前3天完成联合竣工验收，标志着这项承载第十五届全运会及残特奥会赛事功能的核心工程正式交付使用。