Στο κέντρο του αρχαιολογικού χώρου βρίσκεται η Άλτις, το ιερό δάσος, που περικλείει τα σημαντικότερα κτίρια. Εδώ δεσπόζει ο μεγαλόπρεπος ναός του Δία, από τα πιο σπουδαία μνημεία του χώρου, καθώς θεωρείται ο μεγαλύτερος ναός της Πελοποννήσου, και μάλιστα εδώ φυλασσόταν το υπέρλαμπρο χρυσελεφάντινο άγαλμα του Διός, ύψους 13 μέτρων, καμωμένο από τον γλύπτη Φειδία τη δεκαετία του 430 π.Χ. Το άγαλμα αυτό θεωρούνταν ένα από τα επτά θαύματα του κόσμου. Σύμφωνα με αναθηματική επιγραφή των Λακεδαιμονίων, ο ναός χτίστηκε το 456 π.Χ. και αποτελεί πρότυπο δωρικού ρυθμού. Στα βόρεια υπάρχει παλαιότερος ναός, που ήταν αφιερωμένος στην Ήρα. Ο ναός αυτός πρέπει να χτίστηκε περί το 600 π.Χ., ως αφιέρωμα στο ιερό της Ολυμπίας από τους κατοίκους του Σκιλλούντα, μιας αρχαίας πόλης της Ηλείας. Στο ναό φυλασσόταν ένα από τα σημαντικότερα και πολυτιμότερα έργα του ιερού, ο Ερμής του Πραξιτέλους. Ο ναός σήμερα σώζεται μόνο αποσπασματικά, ενώ κάποια θραύσματά του φυλάσσονται στο Αρχαιολογικό Μουσείο Ολυμπίας. Υπάρχει επίσης το Μητρώο, ναός αφιερωμένος στη Ρέα-Κυβέλη, τη μητέρα των θεών, και πίσω του οι θησαυροί που είχαν ανεγείρει ως αφιερώματα οι ελληνικές πόλεις και αποικίες. Στα δυτικά στέκει το Νυμφαίο: επρόκειτο για υδραγωγείο που αφιέρωσε ο Ηρώδης ο Αττικός στο ιερό. Εκτός από αυτά υπήρχε το Φιλιππείο, αφιέρωμα του Φιλίππου Β’, το Πρυτανείο, το Πελόπιο, και πλήθος βωμών, αδριάντων και αγαλμάτων. Εκτός της Άλτεως συναντούσε κανείς το Βουλευτήριο, τη Νότια Στοά, το Γυμνάσιο, όπου προπονούνταν οι αθλητές, την Παλαίστρα, το εργαστήριο του Φειδία, τα Λουτρά, το Λεωνιδαίο, την έπαυλη του Νέρωνα, και φυσικά το Στάδιο όπου τελούνταν οι Ολυμπιακοί Αγώνες, χωρητικότητας 45.000 θεατών.
