В Москве действует множество спортивных сооружений. Многие из спортивных сооружений были построены или реконструированы к проведению XXII летних Олимпийских игр в Москве в 1980 году, в число таких сооружений входят комплексы «Лужники» и «Олимпийский». С 1960 по 1994 в городе функционировал крупнейший плавательный бассейн под открытым небом — «Москва». Есть две арены для проведения скачек: Центральный Московский ипподром и Конно-спортивный комплекс Битца.

В 1990-е годы большинство крупных стадионов и спортивных комплексов переживали не лучшие времена в своей истории и, как правило, спортивные мероприятия на них почти не проводились; вместо этого, на их территории организовывались вещевые рынки. Некоторые же спортивные сооружения стали коммерческими фитнес-центрами — такая судьба случилась, например, с бассейнами «Правда» и машиностроительного завода «Рассвет».

Баскетбольные, волейбольные, гандбольные и мини-футбольные соревнования чаще всего проходят на арене «Баскет Холл Москва» в Крылатском, во дворцах спорта «Динамо» на улице Лавочкина и на улице Василисы Кожиной. Соревнования по плаванию и теннисные турниры чаще всего проводятся в комплексе «Олимпийский» или в «Лужниках». Хоккейные игры клубов КХЛ с 2010-х годов проходят на таких стадионах как «ЦСКА Арена», «ВТБ Арена», «Мегаспорт». Также в хоккей играли и играют в старых дворцах — МСА «Лужники», «Сокольники», ЛСК ЦСКА, «Крылья Советов».

В августе 2014 года был введён в эксплуатацию футбольный стадион «Лукойл Арена» («Спартак»), в августе 2016 года — «ВЭБ Арена» («ЦСКА»), в 2017 году была завершена реконструкция стадиона «Лужники». В 2019 году после многолетней реконструкции стадиона «Динамо» открылся заново отстроенный футбольный стадион, совмещённый с хоккейной ареной. Наряду с этими стадионами, матчи Премьер-лиги принимает ещё один футбольный стадион в Москве — «РЖД Арена» («Локомотив»).

Помимо непосредственно сооружений, предоставляющих возможность проведения различных мероприятий, в городе располагается огромное количество спортивных организаций, среди которых выделяются такие известные футбольные клубы, как «Динамо», «Локомотив», «Спартак», «Торпедо» и ЦСКА; хоккейные клубы — «Динамо», «Спартак», ЦСКА; баскетбольные клубы — «Динамо» и ЦСКА; мужской и женский гандбольные клубы ЦСКА; мини-футбольные клубы — «Динамо», «Дина», ЦСКА и КПРФ.

Во второй половине XX и в первых двух десятилетиях XXI века Москва принимала следующие крупные спортивные соревнования и турниры:

• С 1967 года проводится ежегодный международный турнир по хоккею с шайбой «Кубок Первого канала», ранее известный как «Турнир на призы газеты „Известия“»;
• В 1973 в городе прошла летняя Универсиада;
• В 1979, 2007 и 2016 годах проводился чемпионат мира по хоккею с шайбой (в 2016 — вместе с Санкт-Петербургом);
• В 1980 году состоялись XXII летние Олимпийские игры;
• В 1986 году первые Игры доброй воли были проведены в Москве;
• С 1990 года проводится теннисный турнир «Кубок Кремля» (не проходил в 2022 году);
• В 1998 году первые Всемирные юношеские игры проводились в Москве;
• В 1999 году финал Кубка УЕФА состоялся на стадионе «Лужники», а в 2008 году там же — финал Лиги чемпионов УЕФА;
• В 2005 и 2011 годах Москва принимала чемпионаты мира по фигурному катанию;
• В 2013 году прошёл чемпионат мира по регби-7;
• В 2013 году в городе состоялся чемпионат мира по лёгкой атлетике;
• В 2017 году в Москве был проведён ряд игр Кубка конфедераций по футболу.
• В 2018 году в Москве были проведены 12 из 64 матчей чемпионата мира по футболу, в том числе и матч открытия и финальный матч. Матчи в Москве принимали два стадиона: «Лужники» (7 матчей) и «Спартак» (5 матчей). Возле здания МГУ во время турнира была размещена фан-зона для болельщиков.