Se nell'area archeologica si va per ammirare le “pietre” e le piste che hanno visto passare gli sportivi di millenni fa e nascere i Giochi Olimpici, al Museo ci si reca per completare il quadro. Sono infatti esposte decorazioni, statue, parti di edifici e attrezzi sportivi rinvenuti nei dintorni di Olimpia, per lo più nell'area dell'Áltis, la parte più sacra della città, dominata dal tempio di Zeus e dai resti delle antiche strutture sportive. E proprio ai Giochi Olimpici sono collegati i pezzi più importanti dell'esposizione. Splendido è il frontone orientale del santuario, che raffigura i preparativi di una corsa di carri, con Zeus al vertice della composizione, le donne dei contendenti e le quadrighe ai lati. Apollo e scene di un rapimento sono invece i soggetti principali del grandioso frontone occidentale, attribuito come il primo a un anonimo Maestro di Olimpia. Altri capolavori provenienti dal tempio di Zeus sono le 12 métope dedicate alle fatiche di Eracle, rimontate in parte con pezzi originali e in parte con calchi (molti frammenti sono al Louvre). Si ammira l'eccezionale senso di movimento del gruppo scultoreo “Zeus rapisce Ganimede” e la bella “Nike”, originariamente di fronte al santuario, splendidamente raffigurata nel momento in cui atterra. Altro esempio di scultura della fine dell'età classica e dell'ellenismo è l'Hérmes, statua in marmo di Páros che porta in braccio Dioniso, forse attribuita a Prassitele.