A diferencia de la mayor parte de las dotaciones construidas en Londres con motivo de los Juegos Olímpicos, el Velódromo será un edificio permanente, que complementará al preexistente de Herne Hill, erigido en 1891, y cuya pista al aire libre albergó los Juegos de 1948, antes de ser ampliada en 1992. La construcción del nuevo edificio no responde, por tanto, a la carencia de una infraestructura de este tipo en la capital británica, sino al requerimiento, establecido a partir de los Juegos Olímpicos de Sidney (2000), de contar con velódromos completamente cubiertos con el fin de generar unas condiciones ambientales interiores que resulten óptimas para la competición, facilitando además las retransmisiones televisivas.

El corazón del Velódromo consiste en su pista de 250 metros de longitud —el perímetro debe permitir el completar 1.000 metros exactos—, que se ha revestido de madera de pino siberiano certificada medioambientalmente. Formada por dos tramos semicirculares unidos mediante dos rectos, la pista presenta, a lo largo de su desarrollo, los característicos peraltes que permiten a los ciclistas mantener sus bicicletas relativamente perpendiculares a la superficie en un rango cinético variable (la velocidad en los tramos curvos puede superar los 85 kilómetros hora), atenuándose así el impacto desequilibrante de la fuerza centrífuga, habida cuenta de que las bicicletas utilizadas en los velódromos suelen ser de piñón fijo, y carecen de frenos y de ‘rueda libre’ (es decir, no se puede dejar de pedalear antes de parar la bicicleta).

Dados estos requerimientos, es la pista de competición la que define la forma del edificio, pues mientras que las gradas la envuelven totalmente, presentando mayor densidad de asientos a lo largo de sus tramos rectos (de menor altura) para garantizar la visibilidad, la cubierta inspira su doble curvatura en los dos ejes que definen los peraltes de dicha pista. Esta doble curvatura se consigue mediante una malla ligera de cables tensados, cuya eficiencia supone ahorros en cuanto a la cantidad de material empleado y, por tanto, también respecto de la energía embebida en el edificio. La búsqueda del ahorro energético está asimismo presente en los sistemas prefabricados utilizados en la construcción, y en las estrategias de acondicionamiento en él aplicadas, particularmente un sistema de ventilación natural que tiene en cuenta los diferentes requerimientos higrotérmicos de espectadores y ciclistas.

Protegidos por la cubierta tensada, los 6.000 asientos de que consta el Velódromo se agrupan en dos graderíos, segregados verticalmente por un gran vestíbulo perimetral que organiza el flujo de los visitantes, y que, semejante a una grieta acristalada, da profundidad al edificio, conectándolo visualmente con el paisaje del Parque Olímpico.