Olympian alue on ollut asuttu viimeistään varhaisella pronssikaudella noin 2800 eaa.[1] Varhaisimmat rakennuslöydöt alueelta ovat Kroniosvuoren eteläpuolelta. Näihin kuuluu muun muassa hautatumulus noin ajalta 2800–2300 eaa. sekä apsis-taloja ajalta 2150–2000 eaa.[2] Paikka on toiminut kulttikeskuksena viimeistään mykeneläiseltä kaudelta lähtien. Kreikkalaisen perinteen mukaan Olympian lehto oli alun perin Gen eli Gaian, Kronoksen, Themiksen ja Eileithyian sekä paikallisen heeros Pelopsin ja Hippodameian kulttipaikka.[3][1]

 

Aarrekammioiden raunioita ja Kroniosvuoren rinnettä.

 

Piirros historiallisesta Olympiasta.

Kreikkalaisessa mytologiassa Olympia oli sama paikka, jossa sijaitsi Pisan kuninkaan Oinomaoksen palatsi. Siellä käytiin myös Oinomaoksen ja Pelopsin kilpa-ajot, jotka johtivat ensin mainitun kuolemaan tämän tyttären Hippodameian avustuksella. Myöhemmin Zeus tuhosi palatsin salamalla, ja sen megaronista jäi jäljelle vain yksi pylväs. Pausanias kertoi vielä 100-luvulla jaa. nähneensä kyseisen pylvään. Alueella oli myös villi oliivipuu, jonka Herakles oli myytin mukaan istuttanut tuotuaan sen hyperborealaisten maasta.[1] Paikalla järjestettyjen kisojen alkuna nähtiin Herakleen järjestämät Pelopsin hautajaiskisat.[4]

Zeuksen kulttikeskus Olympian lehdosta tuli joskus mykeneläisen kauden ja arkaaisen kauden välisenä aikana.[3] Alun perin Olympia kuului Pisan hallitsemaan Pisatiksen alueeseen. Elis valtasi Pisan ja muun muassa Olympian noin 900 eaa., mikä vaikuttaa olleen osa doorilaisten tuloa alueelle.[1][5] Zeuksen kultti paikalla saattoi saada alkunsa juuri tuolloin. Samoihin aikoihin rakennettiin myös ensimmäinen aidattu pyhäkköalue eli temenos.[3] Paikan kehittymisestä merkittäväksi kulttipaikaksi todistavat myös runsaat geometrisen kauden esinelöydöt 800- ja 700-luvuilta eaa.[4] 700-luvulle eaa. saakka pyhäkkö pysyi kuitenkin lähinnä Eliksen ja sen lähialueen paikallisena kulttikeskuksena.[1]

Zeuksen kunniaksi järjestetyt Olympian kisat saivat alkunsa vuonna 776 eaa., kun paikalla aiemmin järjestetyt kisat uudelleenorganisoitiin panhelleenisiksi kisoiksi.[1] Tästä katsotaan alkaneen koko historiallisen ajan länsimaisessa historiankirjoituksessa. Kisat järjestettiin kesällä joka neljäs vuosi ja tätä neljän vuoden jaksoa alettiin kutsua olympiadiksi. Koska olympiadit olivat kaikille kreikan kaupunkivaltioille yhteisiä, niistä tuli kreikkalaisen ajanlaskun perusta.[4][3] Kisoja järjesti alun perin Elis. Noin vuonna 676 eaa. Pisa sai itsenäisyytensä takaisin ja samalla Olympian jälleen hallintaansa. Elis valtasi Pisan ja Olympian uudelleen noin vuonna 580 eaa. Tästä lähtien kisat kuuluivat yleensä sen hallintaan.[5]

Olympian ensimmäinen temppeli, myöhempi Heran temppeli, rakennettiin noin vuonna 600 eaa. Alun perin se oli omistettu Zeukselle ja tämän puolisolle Heralle yhdessä.[4][3] Olympia sai nopeasti mainetta arkaaisen kauden kuluessa. Paikkaa kunnioitettiin suuresti kautta koko kreikkalaisen maailman, ja kisoihin osallistui paljon ihmisiä sekä Manner-Kreikasta että kaukaisemmista siirtokunnista eri puolelta Välimeren aluetta. Olympian kisojen ajaksi julistettua aselepoa rikottiin vain harvoin kisojen historian aikana.[3][6]

Olympian stadion muodostui alun perin yksinkertaisesta juoksuradasta, joka sai alkunsa Zeuksen alttarilta. Kun kisaohjelmiin liitettiin hevoskisoja, rakennettiin Hippodromi. Ajan kuluessa pyhäkköaluetta laajennettiin ja sinne pystytettiin yhä uusia rakennuksia. Heran temppelin ohella ensimmäisiin suuriin rakennuksiin kuuluivat muun muassa Prytaneion sekä Buleuterionin ensimmäinen vaihe. Lisäksi alueelle rakennettiin paljon eri kaupunkivaltioiden pystyttämiä votiivilahjoille tarkoitettuja aarrekammioita erityisesti 500-luvulla ja 400-luvun alussa eaa.[3][2]

 

Pyhäkköalueen pienoismalli. British Museum.

 

Olympian arkeologista aluetta.

Huippukautensa Olympia saavutti klassisella kaudella 400-luvulla eaa. Suuri Zeuksen temppeli rakennettiin noin vuosina 470–456 eaa. Feidias veisti temppeliin suuren istuvaa Zeusta esittävän kuvapatsaan, joka luettiin myöhemmin yhdeksi maailman seitsemästä ihmeestä. Suurtyötä varten alueen laidalle rakennettiin ensin niin kutsuttu Feidiaan työpaja.[4][3] Stadionia laajennettiin ja sitä siirrettiin pyhäkköalueen kasvaessa kahdesti itään päin 400- ja 300-luvuilla eaa.[1] 400-luvulla alueelle rakennettiin myös muun muassa uusi Prytaneion sekä ensimmäinen kylpylä.[4] Alueella toimi parhaimmillaan jopa neljä eri oraakkelia.[3]

Vuosina 364–362 Olympia oli sotien seurauksena Arkadian hallinnassa.[3][1] Sodan aikana elisläiset rikkoivat itse kisojen aselepoa sotimalla pisalaisia vastaan pyhäkköalueella.[6] Sodan vuoksi Pisa järjesti 104. olympiadin kisat Eliksen sijasta vuonna 364 eaa. Tämän jälkeen kisojen hallinta palautui jälleen Elikselle. Hellenistisellä kaudella varsinaiselle pyhäkköalueelle ei enää rakennettu uusia rakennuksia, mutta sen ympärille rakennettiin erilaisia tiloja vierailijoiden käyttöön.[3][1] Näihin kuuluvat muun muassa urheilijoiden harjoittelupaikkoina toimineet Gymnasion ja Palaistra, arvovieraiden hotellina toiminut Leonidaion sekä Kaikuhallina tunnettu stoa, joka sai nimensä kaiustaan.[4]

Vuonna 85 eaa. Sulla ryösti Olympian. Hän myös vei kaikki 175. olympiadin kisojen eli vuoden 80 eaa. kisojen osallistujat Roomaan, missä näiden tuli esittää olympialaiset eräänlaisena uusintana roomalaisille. Sulla suunnitteli myös kisojen pysyvää siirtämistä Roomaan, mutta suunnitelma peruuntui hänen kuoltuaan vuonna 78 eaa.[3][7] Kisojen maine ja arvostus palautui Augustuksen aikana vuodesta 31 eaa. Vuonna 65 jaa. normaaliin olympiadikiertoon tuli jälleen katkos, koska keisari Nero halusi osallistua kisoihin. Hänelle kuitenkin sopi tulla paikalle vasta vuonna 67, joten kisat siirrettiin tuohon vuoteen.[3][1][8]

Pausaniaan kuvauksen perusteella Olympia eli ainakin arkkitehtoonista kukoistuskauttaan vielä 100-luvulla jaa. roomalaisten rahallisella tuella.[9] 200-luvulla Olympian rakennukset kärsivät suuria vaurioita maanjäristyksessä. Samalla vuosisadalla osa pyhäkköalueen rakennuksista purettiin linnoitusmuurin rakentamiseksi herulien hyökkäyksen pelossa. Muurin tarkoitus oli suojata erityisesti Zeuksen temppeliä ja sen kuvapatsasta. Herulit eivät kuitenkaan koskaan edenneet Olympiaan saakka.[3][1]

Tämän jälkeen kisat toimivat taantuneina vielä yli sata vuotta.[3] Vielä keisari Diocletianuksen aikana vuosina 285–305 alueella tehtiin joitakin korjauksia.[1] Olympian kisat kiellettiin muiden pakanallisten kulttimenojen ohella osana Theodosius I:n asetusta vuonna 393, ja siksi viimeisiksi kisoiksi mainitaan yleensä vuoden 393 kisat.[2] Voittajien luettelon perusteella kisat vaikuttaisivat jatkuneen kuitenkin vielä ainakin vuoteen 401 asti.[4]

Vuonna 426 keisari Theodosius II määräsi Olympian temppelit tuhottaviksi, minkä seurauksena ne poltettiin. Tämän jälkeen alueella toimi kristillinen yhteisö, joka käytti Feidiaan työpajarakennusta kirkkona. Alueen tuhon viimeistelivät maanjäristykset, joista pahimmat sattuivat vuosina 522 ja 551.[4][2]

 

Olympian arkeologiset kaivaukset alkuvaiheessaan vuonna 1875 tai 1876.

Keskiajan kuluessa Olympia peittyi Alfeios- ja Kladeosjokien kuljettaman maa-aineksen ja Kroniosvuoren maanvyörymien seurauksena mutaan ja hiekkaan noin seitsemän metrin paksuudelta. Joet ovat myös pyyhkineet osan rakennelmista pois, sillä niiden reitti on vuosisatojen aikana muuttunut.[1] Pyhäkköalueen tarkka paikka unohtui. Aluetta alettiin kutsua nimellä Antílalos.[2]

Pyhäkköalueen paikansi englantilainen arkeologi Richard Chandler vuonna 1766. Ensimmäiset suunnitelmat alueen kaivauksista teki samoihin aikoihin saksalainen Johann Joachim Winckelmann. Paksun maakerroksen vuoksi varhaiset arkeologiset kaivaukset eivät olleet kovin tuottoisia. Ranskalaiset tekivät pyhäkköalueella ensimmäisiä laajempia kaivauksia ja löydöksiä vuonna 1829 osana Expédition Scientifique de Morée -retkikunnan toimintaa, ja veivät muun muassa joitakin Zeuksen temppelin koristeosia Louvreen.[10]

Alueen järjestelmälliset arkeologiset kaivaukset alkoivat saksalaisten suorittamina vuosina 1875–1881. Kaivauksia johti Ernst Curtius, joka oli suunnitellut koko Olympian kaivamista vuodesta 1851 lähtien. Kaivauksia jatkettiin vuosina 1936–1941 sekä vuodesta 1952 eteenpäin. Niitä on suorittanut Saksan arkeologinen instituutti Ateenassa.[3][1][10]

Olympian arkeologinen alue liitettiin Unescon maailmanperintöluetteloon vuonna 1989.[11] Osa alueen muistomerkeistä on restauroitu tai konservoitu, ja työ jatkuu edelleen.[2]