元々は東京ゴルフ倶楽部というゴルフコースであり、昭和天皇がイギリス王太子・エドワードと共にプレーしたところでもあった。1940年東京オリンピックのメインスタジアム建設が計画されたが、日中戦争の激化により、1940年に行われるはずだった東京オリンピックは1938年に中止となった。スタジアム予定地は第二次世界大戦前後にかけて、また大戦後期には、空襲に備えた防空緑地や農地として使われた。
戦後の1953年、プロ野球東急（東映）フライヤーズの本拠地として、東京急行電鉄などが駒澤野球場を建設した。前後して、1949年の第4回国民体育大会用にハンドボールコートとホッケー場、1958年の第3回アジア競技大会用にバレーボールコート、1959年の第14回国民体育大会用に弓道場がそれぞれ整備された。
1961年には1964年東京オリンピック開催が決定。駒沢公園は国立競技場に次ぐ第2会場として、弓道場以外の運動施設が改修または新設されることとなり、6施設（陸上競技場、体育館、屋内球技場、野外の第一球技場・第二球技場、補助競技場）が整備された。東京オリンピックではサッカー、レスリング、バレーボール、ホッケーの会場として使われた[2]。東京都は用地返還を受けて1962年からオリンピックに向けた工事に着工し、1964年に完成。都市計画家の高山英華を中心に、設計は芦原義信、村田政真、横山光雄、八十島義之助、秀島乾らが手掛けた。オリンピックの期間中、駒沢公園で聖火が燃え続けた。ギリシャで採火された聖火は9月7日に当時米軍占領下の沖縄に到着し、日本国内を4つのコースに分かれてリレーされ、東京で一つの炎に。
その後も、ユニバーシアード東京大会（1967年・バレーボール）、全国障害者スポーツ大会（2013年）、全国高等学校総合体育大会（2014年・女子サッカー）など各種大会の会場として使われた。並行して、軟式野球場や水泳場、サイクリングコース、硬式野球場、トレーニング施設、オリンピックメモリアルギャラリーなどが整備された[2]。各スポーツ施設の老朽化等に対応するため、2010年に「駒沢オリンピック公園総合運動場改修・改築基本計画」が策定されている。
2009年からは、毎年東京ラーメンショーの会場として使用されている。また、ミュージック・ビデオ撮影にも何度か使用されている。
周辺には、1964年東京オリンピックの際にバレーボールの練習場となった駒澤大学講堂兼体育館（6号館）、東京都選定歴史的建造物に選定されている駒澤大学耕雲館（禅文化歴史博物館）がある。緑豊かな公園は周辺住民をはじめ、駒澤大学や日本体育大学の学生たちの憩いの場となっている。
2020年東京オリンピックの東京都の聖火リレーは、2020年7月10日に駒沢オリンピック公園中央広場からスタートする予定であった。東京都の聖火リレーランナーの公募には1万6910人から応募があり、東京都の公募枠は165人で倍率は102倍となった。
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