天河体育中心体育馆位于天河体育中心内，是天河体育中心三大场馆之一，占地面积25600平方米，主馆建筑面积17159平方米，外观为六角形，屋顶跨度126米，有8628个观众座位。
于1987年8月30日落成使用的天河体育馆，是一座综合性的体育场馆，能承接篮球、排球、羽毛球、乒乓球、网球、手球等室内国际比赛项目。同时具备大型文艺演出、会议展览等功能。为广州天河区的人民群众提供了便利。
天河体育中心体育馆在2001年“第九届全国运动会”召开前，广州市政府又拨款对其进行整体的维修和翻新。翻新后的体育馆设备先进、功能齐全，设有各类豪华接待室、会议室、更衣室、赛前练习室、兴奋剂检查室和休息室，专业音响和整套的舞台灯光系统，完善的配电系统及中央空调系统。
馆内还有两面可拆式全彩LED大屏幕，两面大型电子字幕显示屏及计时计分系统。除配备适合国际体育比赛的照明系统和音响系统外，还配有最先进的法国NEXOα系列音响、多功能可升降的组合式活动舞台及整套舞台灯光系统，不仅能把演出现场装扮得绚丽多姿，还完美地展现了艺术家的风采。为国内外的体育、文艺活动提供了最佳的比赛设备、演出环境。
2010年为了承办亚运会赛事，对天河体育馆进行了改造，在广州亚运会期间承担了羽毛球比赛和部分篮球比赛。
天河体育馆已成功举办了第6届全运会的球类比赛；第一届世界女足锦标赛的抽签仪式；第三届残疾人运动会开、闭幕式，世界摔跤锦标赛、还进行了许多大型体育比赛和国际性球类比赛以及大型综合文艺演出；接待了国家主要领导人及国外总统、来宾的视察和参观。
