Le premier stade Sébastien Charléty du nom du recteur de l’'Académie de Paris– conçu pour accueillir le Paris Université Club, est construit entre 1937 et 1939 sur un terrain inoccupé à la Porte de Gentilly, par l'’architecte et lauréat du Grand Prix de Rome Bernard Zehrfuss. Largement modifié et agrandi au cours des décennies suivantes, le complexe est démoli en 1989, pour laisser place à un nouvel ensemble polyvalent. Le 16 janvier 1989, c’est l'’architecte Henri Gaudin (1933-2021), associé à son fils Bruno Gaudin (né en 1959), qui remporte le concours lancé par la Ville de Paris. Également peintre et écrivain, Henri Gaudin répond à de nombreuses commandes publiques, tout comme son fils qui oeœuvre notamment à la création et à la rénovation de bibliothèques et de musées.

Le chantier du stade démarre en 1991, année de l'’achèvement de la Maison du sport français contiguë. Cette dernière est inaugurée l’'année suivante à l’occasion des Jeux Olympiques d’'Albertville. Siège du Comité national olympique et sportif français, la Maison du sport français fait partie de ce nouveau complexe qui comprend de nombreuses installations sportives : un stade d'’athlétisme de 20 000 places, une salle polyvalente de 1 400 places, des locaux sportifs, des locaux dédiés aux services administratifs et à la presse, le siège du Paris Université Club (PUC), des terrains d'’entraînement, des espaces verts, huit courts de tennis dont quatre couverts, un jardin public de 6 000 m² et un parking de 1 000 places.

Le stade prend la forme d’'une ellipse. La tribune est supportée par des portiques en béton et un soubassement en pierre laissant entrevoir son squelette. Des cardans d'’acier finissent de supporter les gradins. Quatre mâts d’'éclairage inclinés à 150° et 250° portent les projecteurs et des velums protègent les spectateurs. La couverture en aile d’'avion, qui donne son caractère au stade, est suspendue à de fins câbles métalliques. Ainsi, la traditionnelle stratification entre un socle lourd en béton et une superstructure en métal est transcendée par l'’esthétique des armatures du projet des architectes. Vue depuis le périphérique, l'arène semble libérée de la pesanteur.

Achevé en juillet 1994, la construction du stade a nécessité plus de 490 millions de francs (équivalant en 2024 à près de 119 millions d'’euros). Sur cet ambitieux projet, les Gaudin père et fils collaborent avec l’'entreprise OTH Bâtiments. En 1994, l’'équipe remporte l’'Équerre d'’argent et la Médaille d'’Or de l'’Académie d'’architecture pour cette réalisation emblématique et hautement technique.