于1995年1月1日正式开播，通过亚太1A卫星覆盖全国，每天平均播出16小时以上。
中央电视台体育频道自2005年9月5日起全面改版，实现全天24小时播出。新改版的体育频道突出赛事、加强新闻、改进编排，在原有的早中晚三档体育新闻栏目《早安中国》、《体坛快讯》和《体育世界》基础上，新增两个半小时左右的新闻栏目，分别在早上7点和晚间24点播出。另外，体育频道将增加体育赛事的转播和国际顶级赛事的重播，形成赛事转播和新闻报道两条主线的风格。
体育频道目前开设的主要栏目有《体育新闻》、《体育世界》、《足球之夜》、《天下足球》、《顶级赛事》、《精彩F1》、《NBA赛场》、《巅锋时刻》、《全明星猜想》、《早安中国》、《棋牌乐》等，内容包括国内外重大赛事的现场直播、体育热点问题追踪报道、全民健身及娱乐、体育知识普及教育等。体育频道每年把三大赛事、六项联赛、一千二百场赛事直播给广大电视观众，深受体育爱好者的喜爱。
为全方位全过程报道2008奥运会，从2008年元旦开始，中央电视台体育频道将改版为奥运频道，持续长达九个月的时间报道奥运。届时，该频道的标志由原来的“CCTV-5”转变为“CCTV”加奥运五环标志。（在奥运频道历史上，这是第三次，前两次分别在悉尼、雅典期间）
从2008年1月1号至3月下旬，CCTV5奥运频道将在下午时段推出奥运赛事时段，重新回顾梳理历届奥运会的经典赛事。
3月至8月，奥运频道将全程报道奥运火炬的传递，从希腊奥林匹克取火开始，奥运火炬在21个海外城市和113个国内城市的传递都将全程直播或实况报道。据了解，5月上旬，中央电视台将以高清摄像的方式全程纪录奥运火炬登顶珠穆朗玛峰。
从8月8日至9月30日，也就是奥运会和残奥会开赛期间，奥运频道将全面直播中国运动员参加的重点比赛，除了奥运频道，CCTV一套、二套、七套等频道也将对其他重点赛事进行直播或录播。中文国际频道等其他央视频道也将充分报道奥运资讯。
2012年，该频道迁入新址，为央视所有频道中第一个搬入新址的频道；伦敦奥运会期间，再次改为奥运频道（历史上第四次），负责伦敦奥运会的实况报道。
2014年1月15日起，镜面改为16:9格式；2015年4月1日起，台标改为16:9格式（但有时会因播出故障导致台标恢复4:3）。张斌、沙桐、宁欣、袁文栋、黄健翔、韩乔生、孙正平（已离职）、甄诚、刘建宏（已离职）、梁毅苗、段宣、朱环、吴为、魏晓南
