Thialf heeft zich in meer dan 150 jaar ontwikkeld tot het absolute Schaatshart van de Wereld en kent daarbij een lange en rijke historie.

In 1855 werd IJsvereniging Thialf opgericht als één van de eerste ijsclubs in Nederland. De oprichting van de inmiddels Koninklijke IJsvereniging Thialf hield zich in eerste instantie bezig met het organiseren van kortebaan wedstrijden op natuurijs. In de winter van 1890 werd de allereerste (internationale) langebaan wedstrijd, destijds bekend als 'Internationale Hardrijderijen', van Thialf georganiseerd. Deze wedstrijden vonden plaats in het veengebied de "Tsjalberter Petten" ten noorden van Heerenveen.

In de jaren zestig werd het idee voorgelegd om in Heerenveen een kunstijsbaan aan te leggen. Bij de realisatie van dit plan werd de stichting Noord Nederlandse Kunstijsbaan in het leven geroepen met als doel: de realisatie van een kunstijsbaan van 400 meter, alsmede een hal voor ijshockey en kunstrijden. De grond van de natuurijsbaan aan de huidige Thialfweg te Heerenveen-Noord werd verkocht en de eerste paal van het nieuwe ijsstadion te Heerenveen-Zuid ging in 1966 de grond in. 

Op 14 oktober 1967 werd IJsstadion Thialf officieel geopend door Prinses Christina. Dit was tegelijkertijd het eerste jaar dat wedstrijden in Thialf op kunstijs werden verreden. In die tijd was de 400-meterbaan niet overdekt en was alleen de ijshockeyhal voorzien van een dak. Daar kwam in 1986 verandering in. De 400-meterbaan werd overdekt en hiermee werd Thialf het tweede overdekte ijsstadion ter wereld. Sindsdien mag het zich tot de absolute top van het mondiale schaatsen rekenen. Wereldtoppers als Ard Schenk, Johan Olav Koss, Ireen Wüst en Sven Kramer kwamen hier al tot wereldprestaties.

De naam ‘Thialf’ heeft verschillende betekenissen zoals ‘Koning van de Winter’, ‘Noorse God’ en ‘Winterkoning’. De naam is afgeleid van Thialfi, een naam uit de mythologie, die een dienaar was van de god van de donder. Thialfi was zeer sportief, slim en een echte waaghals. Een passende naam voor een internationaal erkend centrum waar sportactiviteiten en krachtinspanningen samenkomen voor schaatsliefhebbers, recreanten en topsporters. Bovendien is Thialf door de ISU aangewezen als dé kunstijsbaan voor topwedstrijden in Nederland. Deze status zorgt ervoor dat alle grote internationale wedstrijden die in Nederland plaatsvinden gereden worden in Thialf.

In de zomer van 2001 is de 400-meterbaan opnieuw aangelegd, en werd aangevuld met de extra banen op het middenterrein. Dit was vooral nodig omdat er nog steeds met het milieuonvriendelijke ammoniak werd gekoeld, maar ook omdat men over meer ijscapaciteit wilde beschikken. Met de nieuwe banen op het middenterrein, was de volgende wens van Thialf; een tunnel onder de 400-meterbaan naar het middenterrein. Ook dankzij een lift, is het middenterrein nu goed toegankelijk voor iedereen. Ook de wedstrijdschaatsers hebben, tijdens kampioenschappen, op deze manier beter de mogelijkheid om op het middenterrein te komen.

In de zomer van 2004 heeft de ijshockeyhal van Thialf een grondige renovatie ondergaan. Zo is er destijds een nieuwe koelinstallatie en betonvloer aangelegd. Door de nieuwe koelinstallatie hoeft er nog slechts met een beperkte hoeveelheid ammoniak gewerkt te worden. Verder is er voor de veiligheid van de toeschouwers een boarding met een plexiglaswand gekomen en zijn de bankjes van de tribunes vervangen door kunststof stoeltjes.

Om als duurzame topsportaccomodatie verder aan de toekomst te bouwen, werd op 19 januari 2015 het officiële startschot gegeven voor een grootschalige vernieuwbouw. De ijsvloer en het stadion met alle voorziening en faciliteiten er omheen werden aangepakt om niet alleen het beste geven, maar vooral om tot topprestaties te komen. Daarbij kreeg het nieuwe Thialf met ruim 5000 zonnepanelen het grootste zonnedak op een sportstadion in Nederland. Op 27 januari 2017 was het aan Koning Willem Alexander de eer om het nieuwe state-of-the-art complex officieel te openen. Met deze veranderingen werd Thialf niet alleen de snelste laaglandbaan ter wereld, maar ook de duurzaamste.

In 2019 is Thialf door de ISU aangewezen als één van de Centers of Excellences in de wereld voor de disciplines langebaan en shortrack. De kwalificatie is een bevestiging dat Thialf voldoet aan de hoge eisen van topsport. Een ISU Center of Excellence (CoE) is een hub waar coaches, officials, en talentvolle schaatsers samenkomen en fysieke trainingen, educatie, seminars en workshops plaatsvinden. Daarbij is van belang dat er toegang is tot hoog gekwalificeerde experts, trainers, services en trainingsfaciliteiten op en buiten het ijs.Thialf is gebouwd voor de topsport met de ambitie om schaatshart van de wereld te zijn. De toewijzing van CoE is daarmee prachtige bevestiging van de vraag of Thialf deze ambitie waarmaken en uithangbord voor Heerenveen, voor Friesland en voor Nederland.