Μέσα από την πληθώρα των ευρημάτων, που παρουσιάζονται στη μόνιμη έκθεση του Αρχαιολογικού Μουσείου Ολυμπίας, ο επισκέπτης παρακολουθεί τη χρονολογική εξέλιξη και την ιστορία του μεγάλου πανελλήνιου ιερού από την Πρώιμη Εποχή του Χαλκού έως και τον 6ο-7ο αι. μ.Χ. Εξέχουσα θέση κατέχει ο γλυπτός διάκοσμος του ναού του Δία, τα αετώματα και οι μετόπες, που αποτελούν τα σημαντικότερα δείγματα αυστηρού ρυθμού στην ελληνική τέχνη. Από τα πλέον σημαντικά εκθέματα είναι η Νίκη του Παιωνίου, καθώς και ο Ερμής του Πραξιτέλη. Στο μουσείο φιλοξενείται η πλουσιότερη συλλογή χάλκινων αντικειμένων στον κόσμο.

Η έκθεση, που πρόσφατα αναμορφώθηκε, είναι χρονολογικά δομημένη και καταλαμβάνει τις δώδεκα αίθουσες του εκθεσιακού χώρου. Σκοπός της είναι η καλύτερη προβολή των εκθεμάτων, η πληρέστερη πληροφόρηση με απλό και ταυτόχρονα επιστημονικό τρόπο, αλλά και η καλύτερη παροχή υπηρεσιών στον επισκέπτη, σύμφωνα με τις αρχές της σύγχρονης μουσειολογίας. Παρέχει πλήρη εικόνα της ιστορικής εξέλιξης του ιερού αλλά και της λαμπρής πορείας της αρχαίας ελληνικής τέχνης και προσφέρει πλήρη ενημέρωση για τα εκθέματα με τη βοήθεια του πλούσιου εποπτικού υλικού, όπως κείμενα, σχέδια, χάρτες, φωτογραφίες, αναπαραστάσεις και προπλάσματα μνημείων.

• Οι προϊστορικοί χρόνοι στην Ολυμπία (αίθουσα 1)
• Γεωμετρική-αρχαϊκή εποχή (αίθουσα 2)
• Ύστερη αρχαϊκή εποχή και αρχιτεκτονική πλαστική (αίθουσα 3)
• Αυστηρός ρυθμός (αίθουσα 4)
• Γλυπτός διάκοσμος του ναού του Δία (αίθουσα 5)
• Νίκη του Παιωνίου (αίθουσα 6)
• Ο Φειδίας και το εργαστήριό του (αίθουσα 7)
• Ερμής του Πραξιτέλη (αίθουσα 8)
• Ύστερη κλασική και ελληνιστική εποχή (αίθουσα 9)
• Ρωμαϊκά γλυπτά (αίθουσες 10-11)
• Τα τελευταία χρόνια της ζωής του ιερού (αίθουσα 12)