2005年03月29日,五棵松體育館舉行了奠基儀式,正式開工建設。五棵松體育館的業主單位為北京五棵松文化體育中心有限公司,是通過全球公開投標產生的項目法人單位,負責對整個五棵松文化體育中心的投資、建設和長期經營,并成為第一個與北京奧組委正式簽訂開發協議的法人單位。2008年1月11日,五棵松體育館竣工交付使用。
在滿足2008年奧運籃球比賽需要的同時,五棵松體育館還充分考慮到賽后的利用,它和五棵松棒球場,以及附近其他文化體育設施共同組成的五棵松文化體育中心,還將成為滿足北京市西部社區居民商業,文化,體育,休閑需要的重要場所。