Στη δυτική Πελοπόννησο, στην πανέμορφη κοιλάδα του ποταμού Αλφειού, άνθισε το πιο δοξασμένο ιερό της αρχαίας Ελλάδας, που ήταν αφιερωμένο στον πατέρα των θεών, τον Δία. Απλώνεται στους νοτιοδυτικούς πρόποδες του κατάφυτου Κρονίου λόφου, μεταξύ των ποταμών Αλφειού και Κλαδέου, που ενώνονται σε αυτή την περιοχή. Παρά την απομονωμένη θέση της κοντά στη δυτική ακτή της Πελοποννήσου, η Ολυμπία καθιερώθηκε στο πανελλήνιο ως το σημαντικότερο θρησκευτικό και αθλητικό κέντρο. Εδώ γεννήθηκαν οι σπουδαιότεροι αγώνες της αρχαίας Ελλάδας, οι Ολυμπιακοί, που γίνονταν κάθε τέσσερα χρόνια προς τιμήν του Δία, ένας θεσμός με πανελλήνια ακτινοβολία και λάμψη από την αρχαιότητα μέχρι σήμερα. Η απαρχή της λατρείας και των μυθικών αναμετρήσεων που έλαβαν χώρα στην Ολυμπία χάνεται στα βάθη των αιώνων. Οι τοπικοί μύθοι σχετικά με τον ισχυρό βασιλιά της περιοχής, τον ξακουστό Πέλοπα, και τον ποτάμιο θεό Αλφειό, φανερώνουν τους ισχυρούς δεσμούς του ιερού τόσο με την Ανατολή όσο και με τη Δύση.
Τα παλαιότερα ευρήματα στο χώρο της Ολυμπίας εντοπίζονται στους νότιους πρόποδες του Κρονίου λόφου, εκεί όπου αναπτύχθηκαν τα πρώτα ιερά και οι προϊστορικές λατρείες. Μεγάλος αριθμός οστράκων, που χρονολογούνται στην Τελική Νεολιθική εποχή (4η χιλιετία π.Χ.), βρέθηκαν στο βόρειο πρανές του σταδίου. Ίχνη κατοίκησης και των τριών περιόδων της Εποχής του Χαλκού έχουν εντοπισθεί στην ευρύτερη περιοχή της Άλτεως και του Νέου Μουσείου. Στην Πρωτοελλαδική ΙΙ περίοδο (2800-2300 π.Χ.) κατασκευάσθηκε μεγάλος τύμβος, που αποκαλύφθηκε στα κατώτερα στρώματα του Πελοπίου, και στην Πρωτοελλαδική ΙΙΙ περίοδο (2150-2000 π.Χ.) οικοδομήθηκαν τα πρώτα αψιδωτά κτήρια του οικισμού. Σύμφωνα με την αρχαία παράδοση, τον 11ο αιώνα π.Χ. στην ευρύτερη περιοχή της Ολυμπίας εγκαταστάθηκαν οι Αιτωλοί, με αρχηγό τον Όξυλο, οι οποίοι ίδρυσαν το κράτος της Ήλιδας. Προς τα τέλη της μυκηναϊκής εποχής πιθανότατα διαμορφώθηκε και το παλαιότερο πρωτόγονο ιερό, αφιερωμένο σε τοπικές και πανελλήνιες θεότητες.
Γύρω στο 10ο-9ο αι. π.Χ. άρχισε να διαμορφώνεται η Άλτις, το ιερό άλσος που ήταν κατάφυτο με αγριελιές, πεύκα, πλατάνια, λεύκες και δρυς. Τότε καθιερώθηκε η λατρεία του Δία, και η Ολυμπία από τόπος κατοίκησης έγινε τόπος λατρείας. Για αρκετό καιρό μέσα στο ιερό δεν υπήρχαν οικοδομήματα, παρά μόνο η Άλτις, που προστατευόταν από περίβολο, μέσα στον οποίο υπήρχαν βωμοί για τις θυσίες στους θεούς και ο τύμβος του Πελοπίου. Τα πολυάριθμα αναθήματα, κυρίως ειδώλια, χάλκινοι λέβητες και τρίποδες τοποθετούνταν στην ύπαιθρο, πάνω σε κλαδιά δένδρων και σε βωμούς. Στην Γεωμετρική εποχή χρονολογούνται και τα πρώτα ειδώλια που απεικονίζουν τον Δία, τον κύριο του ιερού. Το 776 π.Χ. αναδιοργανώθηκαν προς τιμήν του οι αγώνες, από τον Ίφιτο, βασιλιά της Ήλιδας, από τον Κλεοσθένη της Πίσας και τον Λυκούργο της Σπάρτης, οι οποίοι θέσπισαν και την ιερή εκεχειρία. Τα Ολύμπια τελούνταν κάθε τέσσερα χρόνια και σύντομα απέκτησαν πανελλήνιο χαρακτήρα.
Στην Αρχαϊκή εποχή άρχισε η μεγάλη ανάπτυξη του ιερού, όπως δείχνουν τα χιλιάδες αφιερώματα της περιόδου, όπλα, ειδώλια, λέβητες και πολλά άλλα, ενώ τότε οικοδομήθηκαν τα πρώτα μνημειακά κτήρια: ο ναός της Ήρας, το Πρυτανείο, το Βουλευτήριο, οι θησαυροί και το πρώτο στάδιο. Η ακμή του ιερού συνεχίσθηκε και στην κλασική εποχή, όταν κτίσθηκε ο μεγαλοπρεπής ναός του Δία (470-456 π.Χ.), λουτρά, στοές, θησαυροί, βοηθητικά κτήρια, και το στάδιο, το οποίο μεταφέρθηκε ανατολικότερα των δύο αρχαϊκών, εκτός της ιεράς Άλτεως. Πολυάριθμα ήταν και τα αφιερώματα που προσέφεραν οι πιστοί. Οι χιλιάδες ανδριάντες και άλλα πολύτιμα έργα που υπήρχαν σε όλο τον ιερό χώρο της Άλτεως χάθηκαν, δεδομένου ότι το ιερό συλήθηκε αρκετές φορές κατά την αρχαιότητα, ιδιαίτερα στη Ρωμαϊκή εποχή. Κατά την Ελληνιστική εποχή συνεχίσθηκε η ανέγερση οικοδομημάτων κυρίως κοσμικού χαρακτήρα, όπως το γυμνάσιο και η παλαίστρα, και στα ρωμαϊκά χρόνια έγιναν μετασκευές στα υπάρχοντα κτήρια. Οικοδομήθηκαν επίσης θέρμες, πολυτελείς κατοικίες και το υδραγωγείο. Το ιερό λεηλατήθηκε, προκειμένου τα εξαίρετα αφιερώματα να κοσμήσουν ρωμαϊκές επαύλεις.
Η λειτουργία του συνεχίσθηκε κανονικά τα πρώτα χριστιανικά χρόνια επί Μεγάλου Κωνσταντίνου. Το 393 μ.Χ. έγιναν οι τελευταίοι Ολυμπιακοί Αγώνες και λίγο αργότερα ο αυτοκράτορας του Βυζαντίου Θεοδόσιος Α΄, με διάταγμά του απαγόρευσε οριστικά την τέλεσή τους, ενώ επί Θεοδοσίου Β΄, επήλθε η οριστική καταστροφή του ιερού (426 μ.Χ.). Στα μέσα του 5ου αι. μ.Χ. επάνω στα ήδη ερειπωμένα κτίσματα αναπτύχθηκε μικρός χριστιανικός οικισμός, και το εργαστήριο του Φειδία μετατράπηκε σε παλαιοχριστιανική βασιλική. Δύο μεγάλοι σεισμοί, το 522 και 551 μ.Χ. προκάλεσαν την οριστική καταστροφή του ιερού, εφ’ όσον τότε κατέρρευσαν όσα κτήρια είχαν απομείνει όρθια, μεταξύ αυτών και ο ναός του Δία. Στους αιώνες που ακολούθησαν ο χώρος καλύφθηκε από τις πλημμύρες των ποταμών Αλφειού και Κλαδέου και από τις κατολισθήσεις του Κρονίου λόφου και η Ολυμπία πέρασε στη λησμονιά με τα ερείπια καλυμμένα από επίχωση 5-7 μέτρων. Η περιοχή ονομάσθηκε Αντίλαλος και μόλις το 1766 εντοπίσθηκε η θέση του αρχαίου ιερού.
Η πρώτη ανασκαφή στο χώρο διεξήχθη το 1829 από τη Γαλλική Επιστημονική Αποστολή στην Πελοπόννησο, με επικεφαλή το στρατηγό N. J. Maison. Τότε αποκαλύφθηκε μέρος του ναού του Δία και τμήματα των μετοπών που τον κοσμούσαν, πολλά από τα οποία μεταφέρθηκαν στο Μουσείο του Λούβρου. Η συστηματική έρευνα του ιερού άρχισε το 1875 από το Γερμανικό Αρχαιολογικό Ινστιτούτο και με διακοπές συνεχίζεται μέχρι σήμερα. Οι πιο πρόσφατες έρευνες, την τελευταία δεκαετία, έγιναν στο νοτιοδυτικό κτήριο, υπό τη διεύθυνση του καθηγητή Κλασικής Αρχαιολογίας του Πανεπιστημίου του Wurzburg και μέλους του Γερμανικού Αρχαιολογικού Ινστιτούτου κ. U. Sinn, και στα προϊστορικά κτήρια του ιερού, υπό τη διεύθυνση του Δρ Η. Kyrieleis, τ. Διευθυντή του Γερμανικού Αρχαιολογικού Ιντιτούτου. Σήμερα, παράλληλα με το ανασκαφικό έργο σε όλο το χώρο του αρχαίου ιερού πραγματοποιούνται έργα συντήρησης και αναστήλωσης.