El 10 de diciembre de 1912 el Athletic Club celebró una Junta General Extraordinaria con el objeto de aprobar la construcción de un nuevo estadio en terreno arrendado en la prolongación de la Gran Vía, colindante al asilo de San Mamés, en el extrarradio de Bilbao.Para la edificación del campo se estimaron necesarias unas 50.000 pesetas (302 €), ante lo que la directiva recurrió al préstamo de un pequeño grupo de personalidades y del socio en general. Mediante suscripción popular una gran cantidad de aficionados aportó fondos, por un montante total de 40.770 pesetas (245,60 €), con lo que las obras empezaron con suma rapidez.

El 20 de enero de 1913 se iniciaron las tareas de construcción dirigidas por el afamado arquitecto Manuel María Smith, autor del proyecto del campo San Mamés. Siete meses más tarde el nuevo campo, de estilo inglés, era una flamante realidad. Contaba con capacidad para más de siete mil espectadores, de los cuales tres mil estaban cómodamente sentados en una magnífica tribuna de madera.

El jueves 21 de agosto de 1913 a las 17:15 horas se disputó el primer partido en San Mamés, entre el campeón de España, Racing Club de Irun, y el Athletic Club. A las 17:20 se puso a rodar el balón. Apenas cinco minutos después Pichichi anotó el primer tanto en la Catedral.Años más tarde, en 1945, el Athletic adquiere la titularidad de los terrenos del campo.

A lo largo de su historia, San Mamés ha sufrido múltiples modificaciones estructurales. La más significativa y que le dotó del elemento que le caracteriza, el arco, data de 1953. La reforma de la tribuna principal llevada a cabo por el equipo formado por los arquitectos Domínguez Salazar, Magdalena Gayán, de Miguel González, y el ingeniero Fernández Casado, supuso una innovación en aquella época, fue la primera vez que se empleaba la tipología de arco en una estructura deportiva, además de ser la cubierta de hormigón armado más grande de Europa.Posteriormente se fueron agregando el resto de las tribunas: 1956 la Sur, 1962 la Norte y 1972 la Este.

En 1982, con motivo de la disputa del Campeonato Mundial de Fútbol, en el que Bilbao fue una de las sedes, San Mamés experimentó la última de sus grandes remodelaciones, quedando con la configuración que posee actualmente. En aquel momento el estadio contó con un aforo para 46.000 personas, reducido a los 40.000 espectadores actuales tras la adecuación a las normativas de seguridad UEFA.Los más de 95 años con los que cuenta San Mamés, hacen de éste uno de los campos más antiguos y con mayor entidad en Europa. La actitud memorable de la hinchada, respetuosa, con un comportamiento ejemplar y con un fervor casi religioso ante el equipo, determinó que se le sobrenombrara como La Catedral.