Miejsce najsłynniejszych igrzysk greckich, zwanych olimpijskimi (od 776 p.n.e.), urządzanych co 4 lata do 393 n.e.

Sanktuarium upadło po zniesieniu igrzysk w 394. W 426 z rozkazu cesarza Teodozjusza II zostało zburzone. Osunięcie się zboczy wzgórza Kronos i zmiana biegu rzeki Kladeos przykryły ruiny grubą warstwą mułu. Sanktuarium Zeusa (tzw. Altis) było świętym gajem, otoczonym murem. W IX-VIII w. p.n.e. znajdował się tam jedynie wielki ołtarz ofiarny.

Od VII w. p.n.e. zaczęto wznosić monumentalne budowle: świątynia Hery Herajon (przebudowa ok. 600 p.n.e. na dorycki peripteros), 12 jońskich i doryckich skarbców wzdłuż muru temenosu (świętego okręgu), wielki dorycki Olimpiejon (ok. 460 p.n.e.) z ogromną statuą Zeusa dłuta Fidiasza (Zeus Olimpijski - jeden z 7 cudów świata), portyk nimfy Echo z poł. IV w. p.n.e., świątynia Matki Bogów (Metroon), Filipejon z posągami Aleksandra Wielkiego i jego rodziny z IV w. p.n.e., stare miejsca kultu herosów (Pelopejon, Hipodamejon), eksedra Herodesa Attyka (II w. n.e.), prytanejon, stadion połączony kryptoportykiem (I w. n.e.) z Altis, palestry, gimnazjon, buleuterion, hipodrom, Leonidajon - zajazd z IV w. p.n.e.

Wykopaliska (od 1875) odnalazły ruiny pracowni Fidiasza i jego narzędzia. W sanktuarium znaleziono wiele pomników wotywnych oraz posągów zwycięzców olimpijskich.

Od 1936 datuje się tradycja wzniecania w ruinach świątyni Hery olimpijskiego znicza. W 1961 została ustanowiona w Olimpii Międzynarodowa Akademia Olimpijska.