Stadion byl otevřen 13. září 1931 při utkání s rakouským celkem Admira Vídeň. Brankou Petroneho zvítězila Viola 1-0. Tvůrce stadionu byl inženýr Pier Luigi Nervi, famozní postava italské architektury 20. století a autor staveb jako Výstaviště "Italia 61" v Turině a Papežovy audienční auly ve Vatikánu.
Stadion byl na přání tehdejšího sportovního ředitele Fiorentiny postaven v městské části Campo di Marte, jehož původní název zněl „Giovanni Francesco Berta“.
Nová stavba nahradila starý stadion v ulici Bellini, kretý neměl kvalitu odpovídající klubu aspirujícímu na ty nejvyšší cíle a vyřešil se tak dlouholetý problém, že městu chyběl víceúčelový stadion.
Stavba stadionu trvala dva roky a dělila se na dvě části. První část stavby proběhla od října 1930 do listopadu 1931, za tuto dobu byla postavena hlavní krytá tribuna.
Kontrola stavby začala 11. červan 1932, k officiální kolaudaci došlo o měsíc pozdějí, 11. července 1932. A následovala druhá část stavby, jež probíhala od července 1932 do prosince téhož roku byly postaveny nekryté tribuny a věž Maratona. Nejprve došlo ke kolaudaci nových tribun, jako poslední byla v lednu 1933, po sérii úprav, uvedena do provozu i 70 metrů vysoká Maratona, dnešní dominanta stadionu.
Stadion byl slavným inženýrem Nervim vytvořen ve stylu moderní architektury, je postaven ve tvaru písmene "D", byl prvním tohoto typu v Itálii a jeho koncepce je dodnes obdivována. Tato unikátnost ovšem působí i značné problémy, jakékoliv zamýšlené úpravy jsou bržděny památkářskými úřady. Na stadionu Artemio Franchi bylo sehráno mnoho mezinárodních zápasů například 7. května 1933 zde italská reprezentace porazila tým Československa 2:0.
Od roku 1989 se začalo s úpravami stadionu, který byl vybrán jako jeden z míst kde budou sehrány zápasy mistroství světa v kopané. Byly upravené rozměry hřiště, zároveň byla zredukována kapacita stadionu na 47 282 míst. Absolutní rekord počtu diváků byl zaznamenán 25. 11. 1984 při utkání s Interem, přišlo tehdy 58 271 diváků. Nový rekord po rekonstrukci byl zaznamenán v utkání Poháru vítězů pohárů 24. 4. 1997 na střetnutí s Barcelonou přišlo 48 588 diváků.
V listopadu 1991 byl původně městský stadion pojmenován "Artemio Franchi" po manažerovi, který zemřel při automobilové nehodě 12. srpna 1983. Artemio Franchi se narodil 8. 1. 1922 a v sezoně 1951–1952 byl sekretářem ve Fiorentině než se stal presidentem Italské fotbalové reprezentace a poté v roce 1968 dokonce vicepresidentem UEFA. Stejným jménem se pyšní i stadion v nedaleké Sieně.
Italský reprezentační tým se v rozmezí let 1993–2006 ve Florencii nepředstavil ani jednou, důvodem bylo chování fanoušků Fiorentiny - ti na hráče Squadry Azzurry pískali a nadávali, dávali tak najevo svůj nesouhlas se způsobem, jakým italský svaz a především rozhodčí ovlivňovali zápasy v neprospěch florentského klubu. Až 1. března 2006 se zde sehrálo přátelské utkání Itálie – Německo 4:1.
V současné době probíhají jednání, jejichž předmětem není nic jiného, než koncepce stavby nového stadionu a sídla klubu. Protože je však vyřešení této otázky v nedohlednu – proslýchá se, že postavení a otevření nového stánku Fiorentiny by mohlo trvat nějakých 5–10 let – prochází Stadion Artemio Franchi modernizací, aby co nejlépe vyhovoval standartům UEFA - aby zde Fiorentina mohla bez potíží startovat i v evropských pohárech.