Na década de 1960 foi infrautilizado e as súas bancadas comezaron a evidenciar preocupantes síntomas de ruína. A celebración dos Xogos Olímpicos de 1992 permitiron a súa remodelación a cargo do equipo de arquitectos Correa-Milà-Margarit-Buixadé e coa participación do italiano Gregotti.
Foi renovado completamente para acoller os Xogos Olímpicos. Foi baleirado e rebaixado o nivel da pista e só se conservaron as fachadas exteriores. Alzáronse novas bancadas cunha capacidade total de 55 000 espectadores.
En 1989 foi reinaugurado con motivo da Copa do Mundo de Atletismo, tres anos antes dos Xogos, e foi testemuña das cerimonias de inauguración e de clausura dos Xogos Olímpicos de 1992.
En 1998 o Comité de Estadios da UEFA outorgou a categoría cinco estrelas ao Estadio Olímpico Lluís Companys, pola que poden celebrarse competicións de fútbol do máximo nivel continental. Esta instalación está preparada para acoller grandes eventos deportivos, culturais e sociais con capacidade para 55 000 espectadores para actos deportivos e ata 68 000 espectadores para concertos.
Do 26 de xullo ao 1 de agosto de 2010 celebrouse no estadio o 20º Campionato de Europa de atletismo, polo que foi novamente remodelado.
