1995年11月30日,使用“蝴蝶标”+“5”。
1998年6月1日,使用透明灰CCTV-5文字台标。
2000年悉尼奥运会期间,体育频道改为奥运频道,使用透明灰“CCTV+奥运五环”台标。悉尼奥运会结束后恢复原来透明灰CCTV-5台标。
2001年7月9日,使用银灰色双线美术字CCTV-5勺形台标。因应科教频道与戏曲频道的开播以及北京申奥的开始,开始正式使用现行的双线CCTV台标。勺标刚启用时,勺内的数字是空心的,不过因为很难辨识出各频道序号,此版台标CCTV-5用了不到一个月就停用,CCTV-5在8月2日至3日更换。(注:序号的字体是KabelC)
2001年8月3日,勺标做出修改,将CCTV-5的双线字体高亮化,勺标则透明化,中间的序号也改为了高亮,不过序号的字体仍然使用KabelC。而2004年雅典奥运会期间体育频道改为奥运频道时在这个台标下方加上了奥运五环标志,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31日,因迎接北京奥运会,该频道改为奥运频道,使用双线“CCTV+奥运五环”,之后在伦敦奥运会期间继续使用。从2008年以后,转播奥运赛事的情况下,为避免因台标遮挡积分栏造成混乱,台标暂时移动到右上角。
2011年1月1日起,中央电视台体育频道(CCTV-5)与其他所有频道一同更换了新的台标:银白色双线美术字CCTV-5勺形台标(下面加“体育”,字体为汉仪综艺)。
2015年4月1日起,台标改为16:9形式(有时因播出故障会恢复4:3)。 2000年9月15日-10月1日,第27届悉尼奥运会举行,央视在奥运会比赛期间播出了584小时的节目,直播了160场比赛,录播了30场比赛,制作新闻826条,专题节目210期。CCTV-5首度以奥运频道的整体频道形象亮相。
2004年8月13-29日,第28届雅典奥运会期间,央视连续17天不间断播出,播出总量达1474多小时,CCTV-5第2次启用“奥运频道”的呼号。
2008年1月1日-8月26日,为配合北京奥运会的召开,CCTV-5第3次使用奥运频道的呼号,着力创新节目形态,陆续推出《奥运城市行》《我的奥林匹克》《奥运进行时》《奥运经典》《奥运岁月》等优秀的栏目和节目,形成奥运节目的集群效应。
2012年伦敦奥运会期间,CCTV-5第4次启用“奥运频道”的呼号。