В середине 1940-х годов вместимости старого стадиона «Чамартин» мадридскому «Реалу» стало не хватать. 22 июня 1944 года банк выделил кредит президенту клуба Сантьяго Бернабеу и Рафаэлю Сальгадо на покупку земли возле старого стадиона. 5 сентября 1944 года прошла выставка макетов и проектов нового стадиона к работе подключились архитекторы Мануэль Монастерио и Луис Солер. Уже 27 октября этого же года начались строительные работы.
Новый стадион, названный «Нуэво Эстадио Чамартин» был открыт 14 декабря 1947 года матчем «Реала» против португальского «Белененсиша». Матч закончился со счётом 3:1 в пользу хозяев. Автором первого гола на стадионе стал Сабино Баринага.
Первоначальная вместимость стадиона составила 75 145 мест, из которых 27,5 тыс. сидячих и 47,5 тыс. стоячих.
Первая крупная реконструкция арены прошла уже в 1954 году: 19 июня количество мест было расширено до 102 000 путём возведения двух стоячих трибун, смыкающих первый и второй амфитеатры стадиона в кольцо.
4 января 1955 года комиссией было решено, что стадион будет носить имя президента клуба Сантьяго Бернабеу.
В мае 1957 года во время матча между «Реалом» и «Спорт Ресифи» на стадионе впервые было использовано электрическое освещение.
Следующая реконструкция «Сантьяго Бернабеу» состоялась к проводимому в Испании чемпионату мира 1982 года. Работы продолжались 16 месяцев и обошлись в 704 млн песет, из которых 530 млн было выделено муниципалитетом Мадрида.
По требованию ФИФА не менее 2/3 всех мест на стадионе должны были быть сидячими, поэтому вместимость стадиона упала со 102 000 до 90 800, 24 550 мест из которых располагались под новой крышей. Также был реконструирован фасад и были установлены два новых электронных табло.
На стадионе прошли четыре матча чемпионата мира: три игры второго этапа группы B и финал.
В 1992 году снова началась реконструкция арены: высота стадиона увеличилась с 22 до 45 метров, была установлена более сильная система освещения, под полем была проложена система циркуляции горячей воды. Летом 1998 года под президентством Лоренцо Санса все места на стадионе стали сидячими, и вместимость арены упала до 75 328 человек.
В 2000 году президентом «Реала» стал Флорентино Перес. За пять лет (2001 — 2006) он инвестировал в стадион 127 млн долларов: был возведён фасад восточной боковой трибуны, где разместились новые офисные помещения, зал прессы, VIP-ложи. 27 октября 2007 года арена получила статус «элитной» по классификации УЕФА.
Перед уходом с поста президента в 2005 году, Перес предложил проект раздвижной крыши над стадионом. Однако, уже после его возвращения на этот пост в 2009 году, было объявлено, что этот проект слишком дорогостоящий и вряд ли будет реализован.
«Сантьяго Бернабеу» принимал финалы чемпионата Европы 1964 года и чемпионата мира 1982 года. Также на арене четыре раза проходил финал самого престижного клубного соревнования Европы — Лиги чемпионов: в 1957, 1969, 1980 и 2010 годах.
