Ståle som FCK-spiller 2000-01
Første gang Ståle kom til F.C. København var som spiller i august 2000, da han blev hentet i AaB efter et par succesfulde sæsoner i det nordjyske. Han blev også straks en succes i hovedstaden og var i sin debut med til at besejre Brøndby med 2-1 foran 33.333 tilskuere. 

Syv måneder senere var det dog tæt på at gå helt galt for den norske midtbanegeneral. Tirsdag den 13. marts faldt ham om med hjertestop på træningsbanen og svævede mellem liv og død. En hurtig indgriben fra klublæge Frank Odgaard reddede dog nordmandens liv, og i det lys betød det forsvindende lidt, at der blev sat et alt for tidligt punktum for Ståles spillerkarriere.

Første trænerperiode 2006-11
Allerede året efter var nordmanden tilbage på træningsbanen som træner for sin gamle klub HamKam, og med virkning fra 1. januar 2006 hentede F.C. København ham tilbage til klubben for at overtage trænerposten efter Hans Backe.

Her fortsatte Ståle den udvikling og konsolidering i toppen af dansk fodbold, som for alvor var blevet grundlagt i netop sæsonen 2000-01, hvor han optrådte for Byens Hold under ledelse af Roy Hodgson. Men ikke nok med, at Ståle kørte mesterskabet hjem i foråret 2006 – i efteråret førte han også klubben i Champions League-gruppespillet for første gang nogensinde. 

Det blev for alvor startskuddet til en æra i klubbens historie, der bogstaveligt talt var guldrandet. Også i 2007, 2009, 2010 og 2011 styrede Ståle sine tropper til medaljer af det ædleste metal, og succesen kulminerede med endnu ikke blot at nå Champions League-gruppespillet, men også kvalificere sig til 1/8-finalerne. I den hjemlige Superliga blev mesterskabet sikret med et rekordstort forspring til nr. 2 på 26 point. Både i 2007 og 2011 blev Ståle kåret til Årets Træner i Danmark.

I sommeren 2011 forlod Ståle København for at overtage ledelsen af FC Köln, men både dette job og det efterfølgende manager-job i Wolverhampton endte med, at kontrakten blev ophævet før tid. I 2013 arbejdede Ståle primært som kommentator på norsk TV, inden der igen var bud efter ham fra København.

Anden træner- og managerperiode fra 2013
Den 21. august 2013 blev han præsenteret som ny cheftræner i F.C. København til i første omgang at få de svigtende resultater på ret køl og herefter genoptage den udvikling af klubbens sportslige ambitioner, som han tidligere havde så stor succes med.

Ved reorganiseringen af klubbens sportslige ledelse i maj 2014 blev Ståles ansvarsområde udvidet til den nuværende funktion som manager med det overordnede ansvar for hele den sportslige sektor.

Den 10. februar 2017 forlængede Ståle og F.C. København kontrakten med yderligere tre år fra 2018 til sommeren 2021. I 2017 blev han også - for tredje gang - kåret som Årets Træner i Danmark.

I maj 2019 blev kontrakten forlænget yderligere til sommeren 2023, men den 10. oktober 2020 meddelte klubben, at man stoppede samarbejdet med Ståle med omgående virkning.