O estadio inaugurouse o día 14 de decembro de 1947 nun partido entre o Real Madrid e o CF Os Belenenses de Portugal, baixo o nome de Nuevo Estadio Chamartín. A capacidade do estadio era de 75.145 espectadores, 27.645 sentados e o resto de pé.
O 19 de xuño de 1954 inaugurouse a súa primeira ampliación, aumentando a súa capacidade ata os 125.000 espectadores, creando o estadio máis grande de Europa.
O 4 de xaneiro de 1955 cambiouse o nome polo actual Santiago Bernabéu, en honra ó seu presidente.
Dado que en 1982 acollía a Copa do Mundo de Fútbol, volveuse a remodelar o estadio, mellorando os accesos e a comodidade das localidades, cun investimento de 704 millóns de pesetas. A capacidade do estadio reduciuse de 125.000 a 90.800 espectadores.
A finais da década de 1980, a UEFA aplicou novas normas de seguridade nos estadios, suprimindo as localidades que non tiñan asento, e creando máis accesos. Isto levou a unha nova remodelación cun custo final de máis de 5 millóns de pesetas sen ningunha axuda institucional. As obras finalizaron en 1998, creando unha capacidade final de 75.328 espectadores.
Coa chegada do presidente Florentino Pérez, mellorouse o confort e a calidade do estadio, investindo 127 millóns de euros durante cinco anos. A capacidade actual é de 80.354 espectadores.