L'enceinte du Stade Vélodrome conçue initialement par Henri Ploquin accueille les matchs de l'OM depuis juin 1937. Il a été inauguré par une victoire en amical face aux Italiens du Torino sur le score de 2 à 1. Le Stade Vélodrome portait alors bien son nom, puisque des compétitions cyclistes y étaient organisées. Au fil des ans, les gradins ont remplacé la piste cyclable qui bordurait le terrain. L'OM partageait ce stade durant les années 1970 avec le club de rugby à XIII de la ville, le Marseille XIII Rugby League.
Le Stade Vélodrome est la propriété de la municipalité. Depuis son inauguration, l'utilisateur principal de l'enceinte est l'Olympique de Marseille. Le stade connait plusieurs liftings, en 1984 et 1998 notamment qui le transforme en enceinte de près de 60.013 places. On étudie la possibilité ces prochaines années d'agrandir encore le Stade (80.500 places), mais surtout de couvrir les tribunes, et d'aménager des boutiques et de nouveaux parkings . Le stade doit son nom au fait qu'il fut ceinturé jusqu'au milieu des années 1980 par une piste cycliste. En 2008, le Vélodrome vibre pour le football et le rugby avec quelques affiches de l'équipe de France et de Top 14. L'OM traina des pieds pour aller jouer au Vélodrome avant la guerre, car le club était propriétaire du coquet stade de l'Huveaune où il évoluait depuis le début du siècle.
L'OM fut longtemps très hostile au Stade Vélodrome, le « stade de la Mairie ». Pour les supporteurs Olympiens de l'entre-deux-guerres, le vrai stade de l'OM était le Stade de l'Huveaune, propriété de l'OM et dont l'érection des tribunes fut financée par les supporteurs au début des années 1920. La guerre met fin à ce problème, car au sortir du conflit, l'OM n'est plus propriétaire du Stade de l'Huveaune. À la recherche d'un appui de la Mairie de Marseille, inexistant jusque là, le président Leclerc ralluma la guerre des stades à la fin des années 1960 en refaisant jouer l'OM à l'Huveaune. La Mairie céda, et l'OM accepta alors d'évoluer au Vélodrome.
À l'occasion de la Coupe du monde 1998, le stade a été totalement rénové et a vu sa capacité passer de 42 000 à 60 013 places, soit 32km de gradins. Le record d'affluence (58 897 spectateurs) remonte à la réception de Newcastle United en demi-finale de coupe UEFA, le 6 mai 2004 (2-0).
Le Stade Vélodrome a accueilli sept rencontres du Mondial 98 dont le premier match de l' Équipe de France contre l' Afrique du Sud, le quart de finale Argentine-Pays-Bas et la demi-finale Brésil-Pays-Bas.
Depuis 1998, le Stade Vélodrome a accueilli deux autres matchs de l'Équipe de France, contre le Maroc en 1999 et contre les FIFA All-Stars en 2000.
A l'occasion de la Coupe du monde de rugby à XV 2007 il a accueilli six matchs dont deux quarts de finale (Australie/Angleterre et Afrique du Sud/Fidji).
Les quatre tribunes du stade portent des noms de sportifs (le coureur à pied Jean Bouin, le coureur cycliste des années 1920 Gustave Ganay), d'une figure historique de la peste de 1720 (Virage Sud Chevalier Roze), ainsi que d'un boxeur marseillais de la belle époque, Virage Nord Ray Grassi qui a été rebaptisé du nom d'un supporter charismatique (Patrice De Peretti, dit « DePé », mort d'une rupture d'anévrisme[réf. nécessaire] en juillet 2000).
Très critiqué et peu aimé par les Marseillais notamment pour son architecture (pas de toiture, aucune résonance acoustique), le Stade Vélodrome est l'objet depuis 2003 de plusieurs projets visant à le moderniser (couverture) et même l'agrandir. Le dernier projet datant de 2005, suivi par Thomas Longeault, serait de le couvrir et d'augmenter sa capacité de 60 013 à 80 500 places assises. Il n'y a cependant rien de concret bien que le sujet soit évoqué régulièrement tant par le Maire de Marseille que par des dirigeants du club.
A quelques mètres du stade Vélodrome, la Tour France 3 offre une vue imprenable sur le terrain mais l'accès est très restreint. Seul le personnel de la chaîne est autorisé à y accéder pendant les rencontres, notamment pour filmer des plans de l'enceinte lorsque France 3 détient les droits de diffusion.