Sân vận động Quốc gia Mỹ Đình, nằm trong Liên hợp thể thao quốc gia, từng là địa điểm chính của Đại hội Thể thao Đông Nam Á năm 2003, nơi tổ chức lễ khai mạc, lễ bế mạc, các trận thi đấu bóng đá nam & các cuộc tranh tài trong môn điền kinh. Tại Giải vô địch bóng đá Đông Nam Á 2008, trước bốn vạn khán giả, Mỹ Đình là nơi chứng kiến Đội tuyển quốc gia Việt Nam bước lên ngôi cao nhất của bóng đá Đông Nam Á. Một số trung tâm thể thao lớn khác của thành phố có thể kể tới như Nhà thi đấu Quần Ngựa, Trung tâm Huấn luyện thể thao Quốc gia I... cùng hơn 20 điểm sân bãi, nhà tập khác.