स्टैनफोर्ड NCAA के डिविजन I-A में भाग लेता है और पेसिफिक- 10 सम्मेलन का सदस्य भी है। यह माउंटेन पेसिफिक स्पोर्ट्स फेडरेशन फॉर इंडोर ट्रैक (पुरुष और महिलाओं के लिए), वाटर पोलो (पुरुष और महिलाओं के लिए) महिला जिम्नास्टिक, महिला लैक्रॉस, पुरूष जिम्नास्टिक तथा पुरूष वालीबॉल आदि खेलों में भी भाग लेता है। महिलाओं की फील्ड हॉकी टीम तो नारपाक कॉन्फ्रेंस का हिस्सा है। खेल जगत में स्टैनफोर्ड के पारंपरिक प्रतिद्वंदी केलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कली है, जो उत्तर की तरफ पूर्वी खाड़ी में उसका पड़ोसी है। 

स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय स्तर पर 34 विभिन्न स्पोर्ट्स (18 महिलाओं के लिए, 15 पुरूषों के लिए और 1 दोनों के लिए), 19 क्लब स्पोर्ट्स तथा 37 पारस्परिक स्पोर्ट्स पेश करता है - अंतर महाविद्यालय स्तर के खेलों में लगभग 800 छात्र भाग लेते हैं। . विश्वविद्यालय लगभग 300 एथलेटिक संबंधी छात्रवृति भी प्रदान करता है। 
काल तथा स्टैनफोर्ड टीमों के बीच संपन्न वार्षिक बिगगेम के विजेता को हर वर्ष स्टैनफोर्ड एक्स पर कब्जा मिलता है। सेन फ्रांसिस्को के हेयट स्ट्रीट पार्क में 19 मार्च 1892 को खेले गए प्रथम "बिग गेम" ने पश्चिमी घाट में फुटबॉल को स्थापित किया। इसमें स्टैनफोर्ड ने 8000 दर्शकों के सामने खेलते हुए 10 के मुकाबले 14 गोलों से जीत दर्ज की. स्टैनफोर्ड की फुटबॉल टीम ने प्रथम रोजबाउल में 1902 में मैच खेला था। फिर भी, उस समय खेल की हिंसा तथा खेलोपरांत पियक्कड़ दोस्तों द्वारा मचाए गए दंगों के कारण सेन फ्रांसिस्को को 1905 के बाद शहर में "बिग गेम" को बंद करना पड़ा. 1906 में डेविड स्टार जोर्डन ने फुटबॉल को स्टैनफोर्ड से बहिष्कृत कर दिया. 1906-1914 के दौरान "बिग गेम" प्रतियोगिताओं में फुटबॉल की जगह रग्बी ही ज्यादा देखने को मिली. स्टैनफोर्ड फुटबॉल 1919 में फिर से शुरू हुआ। स्टैनफोर्ड ने 1971 और 1972 में लगातार रोज़ बाउल जीता. स्टैनफोर्ड ने 12 राजबाउल में भाग लिया, अभी हाल में 2000 में खेला। स्टैनफोर्ड के जिम प्लेंकट ने 1970 में हेसमैन ट्रॉफी का खिताब जीता.

हालांकि, क्लब स्पोर्ट्स, आधिकारिक तौर पर स्टैनफोर्ड एथलेटिक्स का हिस्सा नहीं है, ये स्टैनफोर्ड में अनगिनत है। इन खेलों में तीरंदाजी, बैडमिंटन, क्रिकेट, साइक्लिंग, इक्वेस्ट्रियन, हर्लिंग, आइस हॉकी, जूडो, कयाकिंग, पुरूष लेक्रॉस, पोलो, रॉकेट बॉल, रग्मी यूनियन, स्क्वैश, स्काइंग, टाइकोंडो, टेनिस, ट्रेथलान और अल्टीमेट है। 1984 और 2000 में पुरुषों की अल्टीमेट टीम ने राष्ट्रीय चैंपियनशिप जीता, महिला अल्टीमेट टीम ने 1997, 1998, 1999, 2003, 2005, 2006 और 2007 में चैंपियनशिप जीता, महिला रग्बी टीम ने 1999, 2005, 2006 और 2008 में जीता. साइक्लिंग टीम ने 2007 में डिविजन 1 USA साइक्लिंग कोलिजिएट रोड नेशनल चैंपियशिप जीता.

1930 तक स्टैनफोर्ड की एथलेटिक टीमों के लिए अपना कोई "मस्कट" खेल चिह्न नहीं था। उस वर्ष एथलेटिक विभाग ने इंडियंस नाम को अपनाया. लेकिन 1972 में कुछ स्थानीय छात्रों के द्वारा जातिसंबंधी असंवेदनशीलता को लेकर दर्ज की गई शिकायत के चलते इंडियंस नाम को हटा दिया गया.
अब स्टैनफोर्ड की टीमें आधिकारिक रूप से स्टैनफोर्ड कार्डिनल के नाम से संकेतित होती है – पर इनका संकेत कार्डिनल पक्षी की तरफ नहीं बल्कि लाल रंग की तरफ है। पहले स्टैनफोर्ड का आधाकारिक रंग चमकता लाल रंग था लेकिन 19वीं सदी के बाद सफेद रंग हो गया. बैंड का आधिकारिक चिह्न "द ट्री" सामान्य तौर पर स्कूल के साथ संबद्ध रहा है। पेड़ का ये चिह्न जो लेलैंड जूनियर विश्वविद्यालय मार्चिंग बैंड (LSJOMB) का एक हिस्सा है – एल पालो आल्टो रेडवुड वृक्ष से व्युत्पन्न है जो स्टैनफोर्ड के पालो आल्टो साल्स शहर में है। 

स्टैनफोर्ड द बैंक ऑफ द वेस्ट क्लासिक नाम से टाबे स्टेडियम पर हर वर्ष U.S ओपन सीरीज़ टेनिस टूर्नामेंट का आयोजन करता है। यहां के कॉब ट्रैक, एंजिल फील्ड और एवरी स्टेडियम पूल को विश्वस्तर की एथलेटिक सुविधाओं के लिए जाना जाता है। स्टैनफोर्ड स्टेडियम ने 20 जनवरी 1985 को सुपर बाउल XIX की मेजबानी की जिसमें स्थानीय सेन फ्रांसिस्को 49 की टीम ने 38-16 के स्कोर से मियामी डाल्फिंस को शिकस्त दी.

स्टैनफोर्ड ने उच्चश्रेणी के महाविद्यालय-एथलेटिक कार्यक्रम- NACDA डायरेक्टर्स कप, जो "सियर्स कप" के नाम से ही अधिक जाना जाता है, को गत पंद्रह वर्षों से हर वर्ष जीता है। यह कप, पिछले सोलह वर्ष से प्रदान किया जा रहा है। 

NCAA की उपलब्धियां : स्टैनफोर्ड ने अपनी स्थापना से लेकर 96 राष्ट्रीय महाविद्यालय-एथलेटिक एसोसिएशन के राष्ट्रीय टीम खिताब जीते. यह किसी भी विश्वविद्यालय के लिए द्वितीय उत्तम उपलब्धी है और वैयक्तिक NCAA चैंपियनशिप जीतों के मामले में यह किसी भी विश्वविद्यालय की सर्वोत्तम उपलब्धी है।

ओलंपिक उपलब्धियां : ""स्टैनफोर्ड डेली" के मुताबिक स्टैनफोर्ड प्रत्येक ग्रीष्म ओलंपियाड में 1908 से लगातार भाग ले रहा है। " 2004 में स्टैनफोर्ड के एथलेटिक्स ने ग्रीष्म खेलों में 182 ओलंपिक मेडल जीते थे। "दर असल, 1912 से लेकर लगातार हर एक ओलम्पियाड में स्टैनफोर्ड के एथलेटिक्स ने कम से कम एक पदक से लेकर 17 पदक तक जीता है। " स्टैनफोर्ड एथलेटिक्स ने 2008 समर खेलों में 24 पदक जीते, जिनमें 8 स्वर्ण पदक, 12 रजत पदक और 4 कांस्य पदक हैं। . 

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