2000年9月，中央电视台体育频道首次更名奥运频道，台标使用透明“CCTV”字形，奥运五环在其下方。即透明“CCTV+奥运五环”。

2004年雅典奥运会期间，奥运频道第二次播出，奥运五环放在勺标“CCTV-5”的下方（与后来的台标不同，2011年后勺标“CCTV-5”下方为综艺体的“体育”字样）。即“CCTV-5+奥运五环”（为央视各频道中第一个“英文+数字+图案”形式的频道）。

2008年1月1日至8月26日，为报道2008年北京奥运会，奥运频道第三次播出，这也是奥运频道播出时间最长的一次。在奥运频道播出期间，台标正式使用现行的双线“CCTV”字形，奥运五环在其下方。即双线“CCTV+奥运五环”。同时，频道会根据转播的实际情况，将台标移动到右上角，避免遮挡左上角记分牌。

2012年伦敦奥运会期间，奥运频道第四次播出，并且该频道开始在中央电视台光华路新台址（中央电视台总部大楼）播出。同期在宣传片中，出现双线勺标的“CCTV-奥运”台标，但该台标只是内部宣传标识，电视画面台标依然使用双线“CCTV+奥运五环”标识。

2016年里约奥运会期间，奥运频道第五次播出。宣传片标识除使用五环台标外，还使用了新版“里约Rio CCTV”转播台标。同时，奥运频道首次实现高清播出，奥运频道五环台标调整为16：9画幅版本。

2018年平昌冬奥会期间，奥运频道第六次播出，这是该频道首次在冬奥会期间播出。

2021年，在东京奥运会期间，奥运频道第七次播出，继续使用五环台标。

2021年10月25日，中央广播电视总台奥林匹克频道CCTV16开播。从北京冬奥会起，在奥运赛事期间，体育频道将不再替换为奥运频道，奥运频道已完成其历史使命。

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悉尼奥运会：2000年9月14日-2000年10月1日

雅典奥运会：2004年8月12日-2004年8月31日

北京奥运会：2008年1月1日-2008年8月26日

伦敦奥运会：2012年7月3日-2012年8月19日

里约热内卢奥运会：2016年8月1日-2016年8月22日

平昌冬奥会：2018年2月1日-2018年2月25日

东京奥运会：2021年7月21日-2021年8月8日

2000年，中央电视台收到了国际奥委会的正式答复，授权中央电视台使用奥运五环标志，奥运频道的设想最终得以实施。之后，奥运频道在悉尼、雅典奥运会期间出现。

2008年1月，奥运频道第三次出现。但奥运会只有短短的17天，在很多体育观众看来，CCTV-5名称的改变，或许更多只是电视台的造势和表示重视奥运的决心。有人担心，奥运频道是不是会因此忽视了其他赛事的转播。

“奥运频道最大的挑战莫过于观众对它的认可，很多观众都关心奥运频道开播以后，他们想看的节目看不见了，比如很多球赛、非奥运的赛事。”中央电视台体育频道总监江和平很清楚观众的担心，他对《中国新闻周刊》说，“我在改版策略上提到坚持赛事优先、直播优先、大众优先，这个是我们必须坚持的，是我们赖以生存的资源。”

江和平说，像2008年的世界乒乓球锦标赛、斯诺克中国公开赛、一系列奥运测试赛、欧洲杯、斯坦科维奇杯、钻石杯、F1等还都是奥运频道吸引观众的亮点。

除了保留原有的奥运节目以外，奥运频道也想方设法在奥运会开幕前找到和奥运相关的新亮点。

有统计数据表明，奥运会火炬接力是最优质的体育电视转播资源之一，奥运频道也精心准备了北京奥运火炬接力的报道。这不包括2007年奥运火炬手选拔的真人秀节目，而是从2008年3月24日雅典的取圣火仪式开始。接下来的圣火交接仪式、圣火进入中国等一系列活动，中央电视台都进行全程直播。

2008年4月1日-5月3日，《与圣火同行》栏目将转播报道奥运圣火在五大洲19个国家和地区的传递。

2008年5月4日-8月8日的境内传递阶段，奥运频道每天开设三档《与圣火同行》。

2008年8月6日火炬抵达北京后，在北京郊区和各个名胜古迹的传递时，将进行全程跟踪报道。2008年8月8日火炬在北京市区进行传递，将全程直播。

这其中的最亮点是2008年5月，奥运火炬在珠穆朗玛峰的传递。据江和平透露，2007年5月9日，传递转播团队已进行了演习，成功在珠峰登顶，带上去的7把火炬全部点燃，电视信号也成功传回中央电视台。

“奥运期间其他台的（奥运转播）节目都是CCTV-5来做，所以我的压力很大。给了平台，如果没做好，对不起江东父老。”中央电视台体育频道总监江和平对《中国新闻周刊》说。

奥运期间，中央电视台将设立三个报道中心，新台址是总指挥部、报道中心，奥运现场的新闻中心是前方指挥部，现台址是欧洲总部和非线报道中心。江和平说，中央台已经为奥运报道投入了10亿人民币。他相信，在硬件上将不会出现问题，而最令人担心也是最难培养的是合格的报道人员。

2004年雅典奥运会期间，中央电视台负责三个项目的国际公共信号制作。由于工作出色，加之是2008年奥运会的东道国台，中央台将制作北京奥运会篮球、排球、乒乓球、羽毛球、网球、现代五项、特设项目武术等7个项目的信号制作。这些技术人员主要由摄像、导播组成，共160多人，并有8家地方台参与配合。

从2004年雅典奥运会起，之后的全运会、西亚运动会、亚运会到英联邦运动会，以及东亚运动会、葡语系运动会、残奥会，这个团队的演练就没有停止过，其他没有播出的赛事转播演练更是不计其数。

2008年2月，世界乒乓球锦标赛在广州举行。奥运频道将去一支300多人的转播队伍，在8天时间里，提供4个场地的国际公用信号，并做“单边”综合制作的演练。

电视转播专业要求高，画面差得不太远，观众都不会抱怨。从历次的赛事转播看，观众挑剔最多的是解说员和主持人。“确实水平参差不齐。”江和平很清楚这个软肋，他告诉《中国新闻周刊》，“所以要给他们更多的锻炼机会，但奥运会不是锻炼的场所，奥运会要上最成熟的人员。所以才面向全国（选拔人才）。地方台会有人参加我们的奥运解说、报道，宋世雄（已退休）、广州的王泰兴、浙江的金宝成肯定会来，其他还有哪些人我不方便说，还没有最后定，（奥运频道报道计划中）惟一没有确定的就是这个方案。”

除此之外，嘉宾解说员也在筛选之中。“有些奥运冠军退役很久了，对新规则已经不是很了解。像好运北京的体操测试赛上，嘉宾就说了和现在规则都不一致的话。”江和平也很头痛这事，“（嘉宾解说员）还要经过国家体育总局的认可，我们看上的，组织不一定看得上；组织上觉得很好的，我们不一定看得上。”

2008年8月27日，CCTV-5在奥运会结束后恢复常规播出。江和平说，恢复常规播出后，他相信，像《足球之夜》《天下足球》固定栏目的设置和内容会变得更加成熟。