Во время раскопок Олимпии найдено большое количество надписей на различных изделиях из бронзы, постаментах статуй и других предметах. Это договоры, декреты, посвящения, перечни должностных лиц. Эпиграфические документы дополнили картину Олимпийского святилища и Олимпийских игр, нарисованную Пиндаром, Павсанием и другими древними авторами.
Раскопки позволили по-новому взглянуть на проблему возникновения Олимпийских игр, до того решавшуюся лишь на основании противоречивых суждений древних авторов. С одной стороны, античные писатели датируют начало игр 776 г. до н.э., а с другой — приписывают их учреждение Гераклу с критской горы Иды, т. е. относят возникновение игр к крито-микенской эпохе.
Открытые Дерпфельдом между 1906 и 1929 гг. многочисленных предметов первой половины II тыс. до н.э. говорят, что культ у подножия холма Крония существовал во времена пеласгов. Тогда местные жители почитали источники и холмы, посвященные Рее и Кроносу. На одном алтаре найдено также посвящение богине Земли Гее. С культом Геи был, очевидно, связан культ Зевса, которому одна из легенд приписывает учреждение Олимпийских игр. Возможно также, что поначалу в догреческой Олимпии приоритет принадлежал Пелопу, герою легенд, давшему свое имя всему Пелопоннесу.
Предание о прибытии в Олимпию Геракла как будто свидетельствует о том, что к священнодействиям стали причастны дорийцы, владевшие в то время не только восточной частью Пелопоннеса, но и островом Крит. Не исключено, что именно они придали культу характер преимущественно состязаний. С победой Зевса над древними пеласгийскими духами бег стал завершаться у алтаря этого бога небес, и атлет, достигший алтаря, становился избранником бога. Отсюда — оказываемые ему почести.
Наградой атлетам, победившим в состязаниях, служил венок из ветви дикой маслины, посаженной, по преданию, самим Гераклом. В день торжественного их вручения глашатай объявлял имя и родину победителя. При этом раздавались победные песни и старинные гимны. По возвращении на родину победителя ожидали еще большие почести. Родственники, друзья, все горожане выходили встречать олимпионика, выезжавшего на запряженной четверней колеснице в роскошном пурпурном одеянии. Случалось, что для торжественного въезда разбирали часть городской стены и сразу же ее замуровывали, чтобы не выпустить победу или, по другому объяснению, показать, что город, имеющий таких граждан, не нуждается в стенах. Победителям еще при жизни воздвигали статуи. Знаменитейшие поэты слагали в их честь гимны. Празднества повторялись в течение нескольких лет в день победы.
В период расцвета Греции в V в. до н.э. в Олимпии собиралось не менее 50 тысяч зрителей. Они прибывали со всех концов греческого мира. Только по суше сюда вело семь дорог. Можно было прибыть и по морю. Проделать путь в Олимпию при тогдашних средствах сообщения было равносильно подвигу. Да и присутствие на самих играх во время страшной летней жары требовало немалого терпения. Впрочем, спасением служили колодцы. Их обнаружено более полутораста. Никакие трудности не останавливали любителей спорта, воспитывавшего мужество, стойкость.
Римляне в эпоху республики поначалу относились к Олимпийским играм отрицательно. Это было связано не только с их отношением к грекам («грекулам», т.е. «гречишкам»), но и с неприязнью к чуждой им форме публичных состязаний в обнаженном виде. Философ Сенека отрицательно относился к атлетам, проводящим жизнь в потении и питье, а их искусство называл смесью грязи и масла. Это не помешало его ученику императору Нерону посетить Олимпию и вернуться оттуда победителем во всех видах состязаний. В память об этом посещении ок. 60 г. была сооружена триумфальная арка Нерона, от которой сохранился только фундамент. После этого другой римлянин, некий Тит Флавий, между 94 и 106 гг. был победителем четыре раза, сначала в беге для мальчиков, а затем в панкратии.
В сентябре 1994 г., во время раскопок Олимпии, была обнаружена большая бронзовая плита размером 75 см х 46 см, переднюю сторону которой покрывал тщательно выгравированный текст. Это был список победителей на играх с I в. до н.э. до IV в. н.э. Ранее для этого периода были известны лишь изолированные имена, среди них — армянский царевич Вараздат, победитель 287 или 369 Олимпиады. Это создавало ложное представление об Олимпиадах, и некоторые исследователи полагали, что Олимпийские игры в IV в. утратили религиозное значение. Теперь известны имена победителей, в том числе и афинян. Последний победитель в найденном списке 291-го олимпийского года отнесен к 395 г. Надпись найдена в здании, которое принадлежало к коллегии атлетов и служило местом культа Геракла, существовавшего и в IV в. В 267 г., после нашествия герулов, святилище Геракла в Олимпе было превращено в крепость.
К древним оракулам