До революции на территории между центральной улицей Киева – Крещатиком и Петровской Аллеей размещались царские парники, где выращивались экзотические фруктовые и овощные плоды для приемов в Мариинском дворце и знаменитое во всей Европе кафе-шантант "Шато-де-Флер". После 1917 года теплицы убрали приказом Киевского губернского совета общества "Динамо" активисты-динамовцы построили несколько спортивных площадок: возвели футбольное поле с деревянной раздевалкой, гимнастический городок, баскетбольную, волейбольную и гандбольную площадки, навес для борцовского ковра.

С большим энтузиазмом восприняли динамовцы решение о возведении на месте неорганизованных спортивных площадок нового стадиона. По проекту архитекторов В. Осьмака и В. Беспалого всего за два года было возведено современное по тем меркам спортивное сооружение.

В 1934 году стадион вмещал около 23 тысяч зрителей, часть из которых находилась под деревянным навесом. С этого времени все свои домашние матчи динамовцы проводили на собственной арене.

Во время Второй мировой войны стадион был практически уничтожен, и отстроен в 1956 году. С этого времени на нем свои матчи проводили динамовские дублеры. Отголоски войны дошли и до наших дней. В начале 90-х под беговой дорожкой обнаружили целый арсенал боеприпасов.

Решение реконструировать порядком устаревший стадион было принято в 1978 голу, накануне Олимпийски Игр. Стадион начал вмещать 18 тысяч зрителей.

В 1984 году арена принимала финальный турнир чемпионата Европы среди юношей.

После прихода к руководству в 1993 году Григория Суркиса стадион начал преображаться. К концу 90-х он стал чисто футбольным, были установлены пластиковые индивидуальные кресла. В перестроенных и капитально отремонтированных помещениях центральной трибуны стадиона за современным фасадом из стекла и алюминия разместился 3-этажный офис ФК "Динамо" Киев.

На протяжении многих лет газон стадиона "Динамо" является одним из лучших в Украине благодаря профессиональной работе агрономов во главе с Анатолием Калошей.

С 15 мая 2002 года стадион "Динамо" стал называться в честь футбольного Метра Валерия Лобановского. Его памятник перед входом на стадион встречает киевских болельщиков, жителей и гостей столицы.

Последняя реконструкция проходила в 2018 году, накануне масштабного европейского футбольного события. На высшем уровне был организован и проведен финал Лиги чемпионов среди женщин между французским "Лионом" и немецким "Вольфсбургом" (4:1).