Historia i wykopaliska
Najwcześniejsze pozostałości datowane są na 2000 do 1600 p.n.e., samo sanktuarium na około 1000. Najpierw kontrolowana przez pobliskie miasto Piza, Olimpia później znalazła się pod jurysdykcją Elis, która podporządkowała sobie Pizę i Pisatis, otaczający ją region, w 572 r. p.n.e. Festiwal Zeusa, którego częścią były igrzyska olimpijskie, odbywał się tam co cztery lata od 776 r. p.n.e. do końca IV w. n.e., kiedy to cesarz rzymski Teodozjusz I zlikwidował pogańskie festiwale. Teodozjusz II kazał zniszczyć świątynie w 426 roku; trzęsienia ziemi dodatkowo uszkodziły ruiny w 522 i 551 roku. Osuwiska błotne i muł z rzeki Cladeus ostatecznie pokryły znaczną część terenu, pomagając zachować miejsce.
Pierwsze wykopaliska zostały przeprowadzone wokół świątyni Zeusa w 1829 r. przez francuskie Expédition Scientifique de Morée, prowadzone przez Abla Bloueta. Świątynia została wystarczająco oczyszczona, aby ujawnić jej ogólny plan, a fragmenty trzech rzeźbionych metop (paneli) zostały znalezione, które później zostały umieszczone w Luwrze, w Paryżu. Wielkie niemieckie wykopaliska w latach 1875-81 (prowadzone przez Ernsta Curtiusa) oczyściły cały święty obręb i niektóre budynki leżące poza nim, a pozycja stadionu została zlokalizowana przez wykopy rozpoznawcze. W ten sposób plan wielkiego greckiego sanktuarium został odsłonięty po raz pierwszy. Na początku XX wieku wykonano niewielkie wykopy rozpoznawcze w głębszych warstwach sanktuarium. Prace na dużą skalę zostały wznowione przez niemieckich archeologów w 1936 r., a jednym z głównych celów było odkopanie i odrestaurowanie stadionu. Przerwane w 1942 roku przez wydarzenia II wojny światowej, prace zostały wznowione w 1952 roku, a w 1960 roku zakończono wykopaliska na stadionie i odrestaurowano go w 1961 roku. W tym okresie zbadano również inne struktury, z których najważniejszą było atelier (warsztat) mistrza rzeźbiarskiego Fidiasza, twórcy posągu Zeusa. Pod koniec XX wieku badania prowadzone były przede wszystkim przez Niemiecki Instytut Archeologiczny w Atenach oraz Ephorate (Magistrat) of Antiquities w Olimpii. Muzeum Archeologiczne w Olimpii zostało otwarte w obecnej siedzibie w 1982 roku.