Наибольшее внимание археологов уже в самом начале раскопок привлек гигантский храм Зевса с массивными дорическими колоннами. Его соорудили между 470 и 445 гг. до н.э. по проекту архитектора Либона из города Элеи. Стены храма были из известняка, покрытого гипсовой штукатуркой. Внешний портик насчитывал по шесть колонн на фасадах и тринадцать по бокам. Высота колонн достигала 10,5 м. Кровля состояла из мраморных плит в форме кирпичей. Главные скульптурные украшения находились на фронтонах и были посвящены, если верить Павсанию, легендарной истории возникновения Олимпийских игр (а именно версии об их основании Пелопом) и битве лапифов с кентаврами. Но только благодаря обнаруженным археологами обломкам фигур удалось восстановить их точное расположение на фронтонах.

Храм Зевса был обрамлен 12 метопами. Их рельефы посвящались Гераклу, которому легенда приписывала учреждение Олимпийских игр. Шесть метоп на восточной стороне храма изображали подвиги Геракла (увод из Аида трехглавого пса Кербера, укрощение коней Диомеда, схватку с Эриманфским вепрем, очищение Авгиевых конюшен, обман Атланта, поддержавшего небесный свод, победу над чудовищем Герионом). Остальные шесть метоп на западной стороне храма показывали Геракла, демонстрирующего свои трофеи Афине и отдыхающего после работы.

В глубине храма находилась огромная (выше 12 м) статуя восседающего на троне Зевса, почти достигавшего головой потолка. Это создание великого афинского скульптора Фидия, причисленное в древности к семи чудесам света. От Зевса (как и от Афины из Парфенона) не дошло ни одного обломка. О внешнем виде статуи остается судить по восторженным рассказам древних авторов и изображениям на монетах.

Фидий наделил своего Зевса спокойной олимпийской торжественностью и вместе с тем чисто человеческим благородством. Строгое, но доброе лицо божества, удивительно напоминало тот образ гомеровских поэм. Недаром рассказывали, что когда кто-то из друзей спросил скульптора, каким он создает Зевса, Фидий ответил, что по образу, какой создал в «Илиаде» великий Гомер. Павсанию было известно, что после завершения труда Фидий обратился к Зевсу с просьбой послать ему знамение, и бог метнул молнию, место падения которой, как обычно, обозначили в полу мраморным кругом.

На противоположном конце священного участка, у подножья холма Крония, самой высокой части священного участка, расположен храм Геры. Он уступал храму Зевса по величине и оформлению, но был более древним. Павсаний не без удивления заметил в его тыльной части деревянную колонну. Это значило, что когда-то деревянным был весь храм, за исключением фундамента и крыши. Постепенно деревянные колонны были заменены каменными. Раскопки храма Геры полностью подтвердили наблюдения Павсания. В целле храма находились статуи Геры и Зевса, от которых сохранилась лишь огромная голова Геры. Кроме того, там была найдена знаменитая статуя Гермеса работы Праксителя.

Сооруженный ок. 600 г. до н.э. Гереон в Олимпии — древнейший храм на Пелопоннесе. В результате последующих перестроек он приобрел облик типичного дорического храма. В храме находились статуи сидящей на троне Геры и стоящего рядом с ней Зевса. Найденная в ходе раскопок архаическая голова Геры используется для восстановления внешнего вида божественной пары. Она позволяет предположить, что фигура сидящей Геры достигала в высоту 3 метров, а Зевс был еще выше.

Рядом с храмом Зевса находились 16 статуй победителей, поставленных на штрафные деньги, взятые за нарушения правил игр. Эти статуи ставили, начиная с 388 г. до н.э., они были из бронзы и поэтому первыми стали добычей грабителей.

Ника Пеония. Реконструкция

К западу от алтаря Зевса, между храмами Зевса и Геры, находился Пелопион — кенотаф Пелопа, древнего местного бога, вытесненноговпоследствии олимпийцами, но все же сумевшего дать свое имя всему полуострову. Пелопион, сооружение V в. до н.э., имел форму могильного кургана. Никто не мог быть похоронен там, однако, желая укрепить в народе пошатнувшуюся веру, жрецы положили на курган огромную кость какого-то ископаемого животного, объявив ее плечевой костью Пелопа. В центре Альтиса, к востоку от Пелопиона, находился алтарь, описание которого дал Павсаний. В IV в. этот алтарь принял на себя главный удар христианских фанатиков и поэтому не сохранился. Прежде у него совершали главную жертву — гекатомбу (дословно «сто быков», тем не менее это не значит, что каждый раз в жертву приносили такое число животных).

В пределах священного участка были еще две заслуживающие упоминания постройки — сооруженный в дорическом стиле храм Матери богов Реи и Филиппейон. Во времена Павсания в первом из них находились статуи римских императоров. Филиппейон — толос диаметром 14 м, окруженный 18 ионийскими колоннами. Его стены покрыты раскрашенной штукатуркой. Здание построено в честь победы Филиппа II над греками при Херонее и украшено статуями победителя, его отца Аминты и сына Александра.

Из зданий, находившихся за пределами священного участка, самым грандиозным был Леонидейон длиной 80 м и шириной 74 м, окаймленный 138 колоннами. Первоначально Леонидейон был гостиницей, в которой останавливались посетители Олимпии, а затем стал резиденцией римского проконсула и его свиты.

Между священным участком и рекою Кладеем находились палестра и гимнасий, предназначенные для тренировки атлетов. Палестра была местом для борьбы, кулачного боя и прыжков. В гимнасии занимались бегом, метанием диска и копья. Раскопки палестры, законченные в 1957 г., подтвердили ее описания у древних авторов. Исследован окруженный дорическими колоннами внутренний дворик (перистиль) с выходящими на него помещениями для переодевания и отдыха атлетов (квадрат перистиля 4 х 4 м). Главной частью гимнасия был зал длиной 210 м и шириной 11,5 м. Размеры этого зала (более одного стадия) свидетельствуют о том, что он предназначался для тренировки в беге, крыша предохраняла атлетов от капризов погоды.

К северу, у подножья холма Крония, находился ряд небольших помещений, от 5 до 10 м шириной и от 7 до 13 м длиной. Сохранились лишь фундаменты. На них в V в. были воздвигнуты стены византийской крепости и церкви. Общий фронт параллельно расположенных построек — 125 м. Бесспорно, это остатки сокровищниц греческих государств, в которых хранили дары богам. Некоторые из этих даров обнаружены во время раскопок середины XX в. Это — фигура воина, статуэтка Ганимеда, виночерпия и любимца Зевса, голова бронзовой статуи Афины.

Многочисленных посетителей Олимпии, прежде всего, привлекал стадион, примыкавший к подножию холма Крония. Само слово «стадион» получило название от стадия — меры длины у греков. Стадион Олимпии был, по преданию, отмерен стопами самого Геракла и составлял 600 так называемых олимпийских стоп (192,27 м).

Уже в 1878 г. был раскопан крытый портик, соединявший Альтис со стадионом. Он относится к римской эпохе. В 1880—1881 гг. археологи нашли стартовую линию из мраморных плит с поперечными желобами, в которое крепилось специальное устройство, препятствовавшее нарушению правил. Обнаружена и финишная линия. В Олимпии одно-временно могли стартовать двадцать бегунов.