La Villette accueillera deux sites de compétitions sportives et sera avec le Trocadéro, l’un des deux grands lieux de festivités officiels (live site). En l’occurrence, au Zénith se dérouleront les compétitions olympiques d’haltérophilie et paralympiques de judo et taekwondo. À la Grande Halle, les compétitions paralympiques d’haltérophilie. Des allées olympiques relieront également les deux live sites officiels. Celui de la Villette proposera des initiations aux 28 sports olympiques et aux 22 sports paralympiques ainsi qu’une programmation culturelle et festive spécialement créée pour l’événement.
Le Quartier Chapelle International offre 6 000 m2 d’équipements publics dont un gymnase et des terrains de sport, gérés par la Ville de Paris.
Ilot Fertile : un centre sportif de 3 000 m² géré par l'UCPA sera implanté dans l’un des 2 ilots situés au nord.
La Cité Universelle sera opérationnelle avant les Jeux Olympiques et Paralympiques de Paris de 2024. Elle se fonde sur un ensemble immobilier accessible à tous et à toutes les formes de handicap, articulé autour du sport. Au centre se trouve le pôle sportif constitué d’une salle de sport multi-usages de près de 3 800 m² au sol et de 9 mètres de hauteur libre. Lieu d’entraînement et siège du club de sports adaptés CAPSAAA, cette salle entièrement modulable a aussi vocation à recevoir une typologie élargie de manifestations, dont des compétitions nationales et internationales, et il accueillera la préparation de Jeux Olympiques et Paralympiques 2024. Il est flanqué d’une salle de fitness spa, appartenant au pôle santé.
Le nord-est parisien et la Seine-Saint-Denis recèlent de nombreux équipements sportifs : piscines (plus d’une trentaine), patinoires (Neuilly-sur-Marne, à Saint-Ouen ou centre Pailleron à Paris 19e), terrains de golf (Livry-Gargan, Rosny-sous-bois), sites d’escalade (stade Jules Ladoumègue à Porte de Pantin, Pantin, Saint-Ouen, Epinay-sur-Seine, Montreuil), centres équestres (Porte de la Villette, La Courneuve, Montfermeil), activités d’accro branche (Plaine Forme à Bondy, ile de Robinson), balades en Zodiac (sur l’Ourcq l’été), des tours en hélicoptère (depuis Le Bourget).
C’est aussi sur ces territoires que s’organisent les plus grands événements sportifs : La Coupe du monde de football de 1998, les Championnats du monde d’athlétisme de 2003, la Coupe du monde de rugby en 2007 au Stade de France. De nombreuses autres manifestations de notoriété nationales et locales se tiennent sur le Circuit Carole à Tremblay-en-France et le bassin de la Villette à Paris 19ème.