De Olympisch Stadionloop kent een lange historie.
Op 27 november 1977 werd de wedstrijd voor het eerst georganiseerd door atletiekvereniging Sagitta. In de jaren vijftig richtte de man van Fanny Blankers-Koen deze vereniging speciaal voor haar op. De wedstrijd stond destijds nog bekend als de ‘Sagitta Bosloop’ en vond plaats in het Amsterdamse Bos over een afstand van 10 engelse mijlen(16,09 km).
Op 1 januari 2000 is atletiekvereniging Phanos ontstaan uit de fusie van Sagitta met Blauw-Wit. Het Olympisch Stadion werd toen de thuisbasis voor deze nieuwe atletiekvereniging. Phanos is sindsdien uitgegroeid tot de meest succesvolle en toonaangevende atletiekverenigingen van Nederland.
Het bestaande parcours van de Sagitta Bosloop werd in 2002 verkort tot een 10 km-loop, in combinatie met een 5 km-loop en een aantal kortere jeugdlopen. In 2004 werd voor het eerst gesproken over een nieuwe naam voor de loop: de ‘Olympisch Stadionloop’. Een voor de hand liggende naam aangezien de start en de finish van de wedstrijd vanaf toen daar plaats vonden.
Vanaf 2009 werkt Phanos voor de Olympisch Stadionloop nauw samen met UNICEF Amsterdam. Krachten worden gebundeld om zowel de atletieksport als het belang van kinderrechten onder de aandacht te brengen en hiertoe geld in te zamelen.
De laatste jaren bestaat het evenement uit drie afstanden: een 10 km-, een 5 km-, en een 800 m-kinderloop. De 10 km-loop is niet enkel een prestatieloop, maar ook een wedstrijd voor Atletiekunie-leden en teamloop met een apart klassement voor bedrijven. De 5-km loop is al jaren naast de prestatieloop, ook een Onderwijsloop waarbij Middelbare Scholieren elkaar in teams bestrijden. De 800m-loop in het stadion is speciaal voor kinderen in het leven geroepen.