En 1927, la Coupe Davis est remportée par les quatre Mousquetaires du tennis français : Jean Borotra, Jacques Brugnon, Henri Cochet et René Lacoste. En conséquence, la France doit accueillir la finale l’année suivante. Aucune structure n’étant à la hauteur de l’évènement, des négociations sont menées entre le Stade Français et le Racing Club de France, alors deux hauts lieux du tennis à Paris, et la Ville de Paris, qui débouchent sur la concession du terrain de l’ancien stade Jean-Bouin, transféré à quelques centaines de mètres plus au sud, à proximité du parc des Princes. La seule condition imposée par Émile Lesieur, président du Stade Français, est que le futur complexe porte le nom de son ami Roland Garros, stadiste et aviateur mort lors de la Première Guerre mondiale. L’architecte Louis Faure-Dujarric, déjà auteur du stade de Colombes en 1924, se voit confier l’aménagement de cinq courts sur les 3,25 hectares de terrain disponible. Les travaux démarrés en octobre 1927 s’achèvent huit mois plus tard, en mai 1928, à temps pour la tenue des Internationaux de France de tennis, épreuve créée en 1891 qui dès lors s’y déroulera.

L’ouverture des Internationaux de France (désormais aussi appelé tournoi de Roland Garros) aux joueurs professionnels en 1968 marque son entrée dans l’ère Open. L’augmentation de la fréquentation qui en résulte et la vétusté des équipements nécessitent la réalisation de travaux tout au long des années 1970 et 1980. Marquant une nouvelle étape dans le développement du site, ils sont confiés à l’architecte Claude Girardet qui dès 1974 entreprend la réhabilitation des bâtiments les plus anciens. Pour l’édition de 1979, il surélève la tribune D du court Central dont le nombre de places augmente d’environ 2400. Ces modifications sont réalisées dans l’esprit de la construction existante. En parallèle, il conçoit en association avec Jean Lovera, un « court central bis » baptisé court n°1. De plan circulaire afin d’offrir une bonne vision à tous les spectateurs et doté de 4500 places, il est accessible par vingt portiques en béton coulés sur place. Il est mis en service pour l’édition 1980 du tournoi où il est accompagné de tentes destinées aux sponsors de l’épreuve. C’est la naissance du Village qui ne quitte cet emplacement qu’en 2017. En 1984, le stade est agrandi vers l’ouest avec la construction de six nouveaux courts en terre battue, portant le total à dix-sept courts et l’ensemble du site à près de six hectares. Le court Central connait d’importantes transformations à la fin des années 1980. Les tribunes C et D sont rénovées pour l’édition de 1987 et l’année suivante, la tribune B est démolie puis reconstruite avec l’ajout d’une tribune de presse en partie supérieure et l’ouverture d’un nouveau centre de presse de près de 2500 mètres carrés sur trois niveaux. La tribune A est réaménagée pour regrouper les installations destinées aux joueurs. Les derniers gradins sont remplacés par des sièges numérotés et le court lui-même, dont la structure datait de 1947, est entièrement réhabilité. Pour clore ces aménagements, une place circulaire en marbre, baptisée place des Mousquetaires, est inaugurée en 1989 entre le court Central et le court n°1. Elle est ornée des statues en bronze de Jean Borotra et René Lacoste par le sculpteur Vito Tongiani auxquelles s’ajoutent la statue d’Henri Cochet en 1990 et celle de Jacques Brugnon en 1991.

Dès 1987, une réflexion est engagée sur une nouvelle extension du stade. En 1990, Jacques Chirac, alors maire de Paris, autorise l’annexion de 2,5 hectares de terrain à l’ouest du site, faisant passer le site de 5,7 à 8,5 hectares et permettant la construction d’un nouveau grand court baptisé court A. Conçu par Didier Girardet, fils de Claude Girardet, il dispose de 10 000 places et se distingue par ses deux grandes tribunes latérales en forme d’ellipses et ses quatre piliers angulaires contenant les installations pour la télévision et la presse. Il comprend par ailleurs un parking, un restaurant, des locaux pour les joueurs et de nouveaux bureaux pour la Fédération Française de Tennis. Inauguré en 1994, le court A est rebaptisé court Suzanne-Lenglen, en hommage à la pionnière du tennis féminin, en 1996. Une statue à son effigie également réalisée par Vito Tongiani est installée à proximité.

Entre 1999 et 2008, le court Central est de nouveau agrandi et mis aux normes de sécurité par Didier Girardet. Les tribunes A et D, inaugurées en 2000, sont complètement repensées et font gagner au court six mètres de hauteur. La partie haute de la tribune D, dédiée au grand public, est dotée de sièges rabattables tandis que la partie basse abrite des loges destinées aux relations publiques. La tribune A abrite les vestiaires et les espaces réservés aux joueurs, des espaces de restauration et la tribune présidentielle. L’ensemble, englobé d’une paroi de verre et d’acier, affiche une allure plus moderne tout en conservant son emblématique attribut d’origine, la croix de Saint-André. En 2001, le court Central est rebaptisé court Philippe-Chatrier en hommage à l’ancien président de la Fédération Française de Tennis. En 2007-2008, la tribune C est démolie et reconstruite toujours par Didier Girardet.

À l’aube des années 2010, en raison de la fréquentation croissante du tournoi qui accueille 450 000 visiteurs et réunit 3 milliards de téléspectateurs chaque année, son site historique devient encore une fois trop étroit. Sur une superficie de 8,5 hectares, il regroupe vingt courts dont trois principaux : le court Philippe-Chatrier (15 000 places) ; le court Suzanne Lenglen (10 000 places) ; le court n°1 (3 800 places) et 17 courts annexes pour un total de 37 000 places assises. Le site accueille également les bureaux de la Fédération Française de Tennis et son Centre national d’entrainement (CNE) ainsi que les services de presse et de restauration nécessaires au bon fonctionnement du tournoi. La Fédération Française de Tennis invite trois sites franciliens à concourir pour l’accueil de l’épreuve : Gonesse, Versailles et Marne-la-Vallée. Mais la décision est finalement prise le 13 février 2011 de rester sur le site de la Porte d’Auteuil qui devra être agrandi et modernisé. L’extension, envisagée sur les serres d'Auteuil voisines, classées au titre des Monuments historiques depuis 1998, est très contestée sur les plans écologique et patrimonial et les travaux ne démarrent que fin 2015. Ils permettent de porter le site à 13,5 hectares et de repenser entièrement son organisation. Les travaux sont organisés en phases de dix mois entre deux éditions de l’épreuve afin de ne pas perturber son déroulement. Ils suivent le schéma directeur établi par le paysagiste Michel Corajoud.

Dans le cadre de ce nouveau projet, le CNE quitte le site pour s’installer à quelques centaines de mètres de là, porte Molitor, permettant ainsi de consacrer l’emprise historique au seul déroulement du tournoi. Opérationnel à partir de 2015, il est l’œuvre de l’architecte Marc Mimram. L’équipement comprenant 7 courts couverts et 4 courts extérieurs, un centre médical, des bureaux et de l’hébergement est segmenté en deux zones, à l’ouest, côté boulevard périphérique, une grande halle accueillant les courts couverts et à l’est, une seconde halle plus petite à laquelle est adossé un bâtiment ouvert sur la ville accueillant le reste du programme. Les deux halles disposent d’un ingénieux dispositif de traitement de la lumière constitué d’un chevauchement de brise-soleil blancs.

Marc Mimram, ingénieur diplômé de l’École nationale des ponts et chaussées et architecte formé chez Yves Lion, Paul Chemetov et Rem Koolhaas, est également l’auteur du nouveau court Simonne-Mathieu, inauguré lors de l’édition 2019 du tournoi. Il conçoit un projet s’intégrant de manière discrète dans l’environnement préexistant des serres d’Auteuil. Le nouveau court, d’une capacité de 5000 places remplace le court n°1 démoli pour agrandir la place des Mousquetaires.  Il se présente comme une réinterprétation contemporaine de l’architecture des serres classées de Jean-Camille Formigé qu’il jouxte. Erigé à l’emplacement de deux anciennes serres non concernées par la protection au titre des Monuments historiques, il est constitué d’un court creusé à plus de quatre mètres dans le sol, entouré de deux niveaux de gradins et ceint de quatre serres formant une galerie périmétrique abritant les collections botaniques de la ville de Paris, scénarisées de manière à permettre aux visiteurs de réaliser un « tour du monde en 80 plantes ».  Ces 1 500 m² de serres se présentent sous la forme de demi-cylindres à structure d’acier servant de support à des panneaux de verre plats, extérieurement protégés par des stores : « nous prolongeons l’histoire des serres d’Auteuil, sans pour autant faire de mimétisme » indique Mimram. Ce bâtiment lui vaut de nouveau de prix spécial du jury de l’Équerre d’argent en 2019. Ces serres, ainsi que l’ancienne orangerie en meulière adjacente, restaurée à la même occasion, sont accessibles au public hors période de tournoi.

Entre 2018 et 2019, le court Philippe-Chatrier est déconstruit puis reconstruit à 80% par l’agence DVVD Architectes et ACD Girardet & Associés. L’habillage extérieur des gradins par la pose de parois de verre et l’installation d’une couverture rétractable d’un hectare composée de 11 ailes de 330 tonnes chacune sont réalisés l’année suivante. Ces ailes, travaillées comme des ailes d’avion, se veulent être une référence au biplan de Roland Garros. Elles coulissent sur des rails qui permettent leur déploiement en douze minutes seulement. Cette toiture étanche mais non hermétique permet d’en faire, selon les architectes « un stade ouvert que l’on couvre et non pas un stade couvert que l’on ouvre ». Le court Suzanne-Lenglen est lui aussi entièrement réhabilité à l’occasion de la pose d’une couverture rétractable conçue par Dominique Perrault, dont l’inauguration est prévue lors de l’édition 2024 du tournoi. D’une longueur de 44 mètres pour une largeur de près de 5 mètres, sa forme est inspirée du plissé des jupes que le couturier Jean Patou a dessiné pour Suzanne Lenglen et qui ont contribué à sa légende.

Entre ces deux courts, l’allée Suzanne-Lenglen est élargie et aménagée de manière à créer une coulée verte assurant une continuité avec le Bois de Boulogne en ouvrant la perspective vers celui-ci.  Un nouveau bâtiment accueillant le village des sponsors est également aménagé au nord, en lieu et place de l’ancien CNE. Son sous-sol comprend des locaux et des équipements réservés aux 400 arbitres et 250 ramasseurs de balles. Les joueurs peuvent également accéder à l’ensemble du site depuis ce bâtiment, sans passer par les allées en surface. Conçu en verre et en aluminium par les architectes Chaix & Morel et Associés, ACD Girardet & Associés et AEL Architectes, il se présente comme un assemblage de six volumes de hauteur différente dégageant de larges terrasses donnant directement sur les courts annexes 7 et 9. Enfin, la zone du fonds des Princes située à la pointe ouest du triangle historique a été entièrement remaniée. Six nouveaux courts (deux d’entrainement et quatre de compétition) ont été aménagés avec tribunes accessibles à la fois par une allée paysagée et par une nouvelle entrée située avenue de la porte d’Auteuil. La dimension paysagère occupe donc une place importante dans le nouveau projet, tout comme les préoccupations écologiques dont témoigne l’installation de 30 000 sièges en bois de châtaignier des Vosges sur les trois courts principaux.

La modernisation des équipements qui s’achève au printemps 2024 permettra le déroulement du tournoi dans de meilleures conditions. Elle permettra aussi l’accueil des épreuves de tennis et de boxe lors des prochains Jeux Olympiques de Paris 2024 et de tennis fauteuil et volley-ball assis lors des Jeux Paralympiques.