Հին ժամանակներում մարզադաշտը այն վայրն էր, որտեղ անցկացվում էին պանաթենական խաղերը, որոնք նվիրված էին քաղաքի հովանավոր աստվածուհուն՝ Աթենասին։ Դասական ժամանակշրջանում կառուցվեցին փայտե նստարաններ։ Մարզադաշտը կառուցվել է մարմարից մ.թ.աա 329 թվականին, արքոնտ Լիկուրգ Աթենացու նախաձեռնությամբ։ Մարզադաշտն զզալի ընդարձակվեց և բարենորոգման ենթարկվեց Հերովդես Ատտիկացու օրոք՝ 140 թվականին, այդ ժամանակ այն ուներ 50 000 նստատեղ։

 

Նետաձգության մրցույթները՝ 2004 թվականի Օլիմպիական խաղերի համար, անցկացվեցին հենց Պանաթինաիկոս մարզադաշտում:

Հին կառույցի մնացորդները պեղվել և վերականգնվել են XIX դարի կեսին՝ հույն հայրենասեր Եվանգելիս Զապասի միջոցներով։ Նրա աջակցությամբ մարզադաշտում անցկացվեցին Օլիմպիական խաղերի 1870 և 1875 թվականների[1] մրցումները։

Աշխատանքների իրականացման երկրորդ մասշտաբային փուլն իրականացվեց 1895 թվականին՝ ժամանակակից առաջին օլիմպիական խաղերի իրականացման համար՝ Գեորգիոս Ավերոֆի ֆինանսական օժանդակությամբ (նրա մարմարյա արձանն այժմ կանգնեցված է մուտքի մոտ)։ Նվիրատվություններն արվել են Կոնստանտինոս արքայազնի ժառանգորդի պահանջով։ Նախագծի համար պատասխանատու էին ճարտարապետներ Անաստասիոս Մետաքսասը և էռնեստ Զիլլերը։ Քանի որ մարզադաշտն իր ժամանակակից տեսքով կառուցվել է միայն Օլիմպիական խաղերի վերածննդի սկզբում, կառուցված է ըստ հին մոդելի (մասնավորապես՝ նրա վազքուղիները չեն համապատասխանում ներկայում ընդունված չափորոշիչներին)։ Մարզադաշտը, որը կազմված է 50 հորիզոնական մարմարյա շարքերից, տեղավորում ՝ շուրջ 80 000 մարզասերների։

Մինչև XX դարի կեսն Իլիսոս գետը հոսում էր ուղիղ մարզադաշտի մուտքի մոտով։ Գարնանային գետավարարումների ժամանակահատվածում գետերը հաճախ վարարումների էին ենթարկվում, այդ իսկ պատճառով այդ տեղանքն ստացավ Գորտի կղզի անվանումը։ Ավելի ուշ այն թաքնվեց Վասիլի Կոնստանտինի պողոտայում։

2004 թվականին մարզադաշտը դարձավ օլիմպիական խաղերի մարզական մրցասպարեզներից մեկը։ Այն 2004 թվականի օլիմպիական խաղերի ժամանակ նետաձգության մրցման անցկացման վայրն էր։