Conçu en 1921 par Jules de Their et Henri Langlois Van Ophem, le tracé original de 14,981 km avait en gros la forme d’un triangle reliant Francorchamps, Malmedy et Stavelot et utilisait des routes publiques ouvertes à la circulation en temps normal. Les 24 heures de Spa-Francorchamps y furent organisées pour la première fois en 1924, et le Grand Prix de Belgique dès l’année suivante. À l’époque, les concepteurs voulaient créer un circuit très rapide et les aménagements apportés au fil du temps reflètent cet état d’esprit. Ainsi, le virage en U de l’ancienne douane (prussienne jusqu’à 1871, allemande jusqu’à 1920), est remplacé en 1939 par un virage plus court et plus rapide, le Raidillon de l’Eau Rouge, aujourd’hui le plus célèbre du circuit. Par ailleurs, le tracé ancien quitte le tracé actuel aux « Combes » où la piste continuait tout droit pendant quelques centaines de mètres avant le virage à gauche des « Combes » qui ouvre la longue descente de Burnenville. Celle-ci se termine par un long virage à droite extrêmement rapide qui lui-même donne sur le virage de Malmedy. En 1970, pour le dernier Grand Prix de Belgique sur l’ancien tracé, on y installa une chicane pour ralentir un peu les Formule 1. Après Malmedy, les bolides devaient négocier la longue ligne droite de Masta avant d’aborder à la vitesse maximale, le « S » de Masta, rapide et dangereux à cause des maisons qui bordent la piste. Après le S de Masta, les pilotes devaient négocier une autre ligne droite, appelée « Holowell » (du nom d’un pilote motocycliste Bill Holowell qui y trouva la mort) par les anglophones, avant d’aborder le virage de Stavelot. Ce dernier est initialement un virage assez serré quasiment aux portes de la ville de Stavelot mais par la suite, on crée une nouvelle portion de piste plus courte avec un virage moins serré et légèrement relevé permettant une vitesse de passage plus élevée. Cette modification fixe la longueur du tracé à de 14,120 km. Après Stavelot, la piste se dirige vers la Carrière puis Blanchimont et la partie actuelle du circuit par une série de virages rapides bordés d’un côté de talus et de l’autre de ravines. Le tour se terminait par l’épingle très serrée de « La source », l’endroit le plus lent du circuit.
Au fil du temps, les vitesses atteintes par les voitures rendent le circuit de plus en plus dangereux pour la sécurité des concurrents. Dan Gurney avait l’habitude de dire de ce circuit qu’il « différenciait les hommes des petits garçons ». En raison de problème de sécurité, le Grand Prix de Belgique n’est pas disputé en 1969. Les F1 reviennent une dernière fois sur l’ancien Francorchamps en 1970 et le GP est remporté par Pedro Rodriguez sur une BRM P153. Durant les années qui suivent, le circuit est encore le théâtre de courses de Sport-Prototypes, les 1 000 km de Spa. Au cours de l’édition de 1973, le Français Henri Pescarolo, sur une Matra 670B, établit le record de vitesse du circuit dans sa configuration ancienne et le record mondial de vitesse sur circuit « routier », à savoir un tour en 3 min 13s 4, à la vitesse moyenne de 262,461 km/h. L’ancien tracé est définitivement abandonné en 1978. Le circuit utilisé actuellement a été modifié à diverses reprises et est dorénavant un circuit permanent de 7 004 mètres de développement. Il s’agit toujours d’un circuit très rapide et vallonné, reprenant une partie de l’ancien tracé, qui présente des caractéristiques appréciées par les plus grands pilotes mondiaux des différentes catégories et où les bolides peuvent toujours dépasser les 320 km/h. Spa-Francorchamps est également célèbre pour ses caprices météorologiques. Régulièrement, le circuit se trouve différemment exposé selon les secteurs, par endroits sec et stable tandis que d’autres parties sont humides et glissantes. D’octobre 2006 à mai 2007, le circuit a été modernisé et sa sécurité améliorée.
Il a vu la construction de nouveaux stands F1 aux normes FIA, la modification de la chicane avec son accès aux stands, l’allongement et élargissement de la ligne de départ F1, l’aménagement d’un dégagement à l’épingle de « La Source », la modification de la sortie des stands qui se fait maintenant avant le raidillon, la création et l’asphaltage de nombreux dégagements, ainsi que la construction de nouvelles tribunes.