Les Français ont commencé les fouilles ici en 1829. Les explorations allemandes de 1875-81 ont jeté beaucoup de lumière sur les plans des bâtiments ; elles ont été reprises en 1936, 1952 et 1960-61. De nombreux objets de valeur ont été découverts, dont le plus important était une statue d'Hermès, le messager des dieux, de Praxitèle.
Le temple le plus célèbre était le temple de Zeus, dédié au père des dieux. Dans ce temple se trouvait une statue de Zeus en ivoire et en or, le chef-d'œuvre du sculpteur athénien Phidias. À côté du temple de Zeus se trouvait l'Heraeum, dédié à Héra, la femme de Zeus. Dans ce temple, probablement le plus ancien bâtiment dorique connu, se trouvait la table sur laquelle étaient placées les guirlandes préparées pour les vainqueurs des jeux. Les bâtiments votifs comprenaient une rangée de 12 maisons du trésor et le Philippeum, un bâtiment ionique circulaire dédié à lui-même par Philippe II, roi de Macédoine. En dehors de l'Altis, à l'est, se trouvaient le Stade et l'Hippodrome, où se déroulaient les compétitions ; à l'ouest, la Palaestra, ou école de lutte, et le Gymnase, où tous les concurrents étaient tenus de s'entraîner pendant au moins un mois.
Le Musée archéologique d'Olympie, l'un des plus importants musées de Grèce, présente la longue histoire du plus célèbre sanctuaire de l'Antiquité, le sanctuaire de Zeus, père des dieux et des hommes, où sont nés les jeux olympiques.