Реконструкція стадіону розпочалася 1 грудня 2008 року. Цьому передувало обрання проектувальника та генпідрядника, якими відповідно стали німецька компанія GMP та ХК «Київміськбуд».
У цей же час ведуться переговори з власником розташованого перед стадіоном торгово-розважального центру «Троїцький» про знесення добудованої будівлі. Після погодження власника в обмін на 60-80 га на околиці столиці звільнити ділянку, 20 березня 2008 року розпочинається демонтаж будівлі. Загалом під час демонтажу було вивезено 30 тонн залізобетону, металу та арматури.
1990 рік
Після укріплення трибун та заміни інженерних мереж розпочався монтаж колон – опору навісу над трибунами. Підрядником робіт зі зведення даху обрана дніпропетровська компанія «Майстер-Профі» (група «Приват»). Вона у свою чергу обрала для зведення даху над стадіоном дві компанії – тросові системи виготовляла фірма «Брайтон» (Англія), мембрану перекриття – «Хайтекс» (Німеччина). Навколо зведення навісу розгорівся скандал, адже тодішній міністр молоді і спорту Юрій Павленко визнав, що роботи з виконання конструкцій навісу над трибунами НСК розпочалися без остаточних розрахунків.
Гучну реакцію громадськості також викликала необхідність знесення ковзанки «Крижинка» та тенісних кортів біля НСК «Олімпійський». На цій ковзанці тренувалися спортсмени-олімпійці та діти олімпійської школі з фігурного катання. В результаті було вирішено побудувати інший каток на лівому березі столиці. Будівництво тренувальної арени зі штучним льодом в Дніпровському районі Києва обійшлося у понад 28 млн грн., роботи виконувало ТОВ «Завод «Майстер-профі». Ця ж компанія отримала 9 млн грн. за знесення «Крижинки».
Трибуни, 1990 рік
За період реконструкції вартість робіт збільшилась у кілька разів. На початку реконструкції «Олімпійського» у 2008 році вартість будівельних робіт затверджувалась рішеннями уряду Юлії Тимошенко на рівні 1,4 млрд. грн., пізніше 2,1 млрд грн. Уряд Миколи Азарова та Національне агентство з підготовки до Євро-2012, підпорядковане віце-премєру Борису Колеснікову, збільшили вартість до 3,1 млрд грн.. 25 травня 2011 року уряд затвердив загальну вартість реконструкції НСК «Олімпійський» на рівні 4 млрд 590 млн грн.
У квітні 2010 року на будівництві стадіону зірвалися з будівельного риштовання два будівельники. Один загинув на місці, другий був госпіталізований у тяжкому стані.
У червні віце-прем'єр – міністр інфраструктури Борис Колесніков заявив, що на НСК "Олімпійський" у Києві 6500 місць будуть некомфортними для перегляду матчів, оскільки глядачі перших, других і третіх рядів не зможуть спостерігати за ходом гри через встановлені щити реклами.В результаті було вирішено облаштувати ці місця для незрячих глядачів.
Спеціально для зручності іноземних туристів було перейменовано станцію метро біля стадіону з «Республіканський стадіон» на «Олімпійська». Станція називалась «Республіканський стадіон» з моменту відкриття у 1981 році.
Будівництво самого стадіону, місткістю 50 тисяч глядачів, почалося в 1936 році на місці старішої арени "Червоний стадіон", відкритоїу 1923 році. Відкриття стадіону було намічене на 22 червня 1941, але через війну відбулося тільки 22 червня 1946 року.
У 1966-1968 роках пройшла ще одна реконструкція, в результаті якої місткість зросла до 100 тис глядачів. Також на його території були побудовані: критий тенісний корт, де можна було проводити змагання по гандболу і волейболу; два тренувальні футбольні поля; декілька відкритих майданчиків для гри у великий теніс з грунтовим покриттям; тренувальний сектор для метальників; трамплін для стрибків на лижах.
Після реконструкції
У 1978-1980 роках на стадіоні, перейменованому в "Республіканський стадіон", знову була проведена реконструкція, у зв'язку з підготовкою до Олімпійських ігор 1980 року. Стадіон був повністю реконструйований і оновлений.
З метою приведення НСК Олімпійський до сучасних міжнародних стандартів в 1997-1999 роках проводилася ще одна реконструкція стадіону, після чого місткість стадіону скоротилася до 83 450 сидячих місць.
Назви стадіону також змінювалися: Стадіон ім.Хрущова, Київський центральний стадіон, Республіканський стадіон. Теперішню назву НСК “Олімпійський” стадіону отримав у 1996 році.
Після реконструкції, вид зверху