Το Μουσείο της Ιστορίας των Ολυμπιακών Αγώνων της Αρχαιότητας φιλοξενεί πάνω από 400 αρχαία έργα, που προέρχονται από το Ιερό του Διός της Ολυμπίας, αλλά και από άλλα Μουσεία της ελληνικής επικράτειας. Τα εκθέματα καλύπτουν μεγάλο χρονολογικό φάσμα, από τη δεύτερη χιλιετία π.Χ. έως και τον 5ο αι. μ.Χ. Τα αρχαία έχουν εκτεθεί κατά θεματικές ενότητες και μέσα από αυτά παρουσιάζεται η υπερχιλιετής ιστορία των Ολυμπιακών αγώνων, του μακροβιότερου θεσμού της αρχαιότητας. Εκτός από τα αρχαία έργα τέχνης ο επισκέπτης έχει τη δυνατότητα λεπτομερειακής πληροφόρησης μέσα από το πλούσιο εποπτικό υλικό.

Το κτηριακό συγκρότημα του Μουσείου αποτελείται από τους εκθεσιακούς χώρους του ισογείου και το υπόγειο, όπου σε αυτό προβλέπεται να λειτουργήσουν στο μέλλον πολυμέσα για πληρέστερη παρουσίαση των Αγώνων, καθώς επίσης και εκπαιδευτικά προγράμματα.

Ο εκθεσιακός χώρος αποτελείται από τη μεγάλη κεντρική αίθουσα, τον προθάλαμο και έντεκα μικρές αίθουσες.

Τα σημαντικότερα από τα εκθέματα που φιλοξενούνται στο Μουσείο είναι τα χρυσά δακτυλίδια-σφραγίδες με τις πρώτες απεικονίσεις αγωνισμάτων, αντιπροσωπευτικά δείγματα της μινωϊκής και μυκηναϊκής τέχνης, τα χάλκινα και πήλινα γεωμετρικά ειδώλια πολεμιστών και αρμάτων που προέρχονται από την Ολυμπία και αποτελούν τις πρώτες παραστάσεις των ιστορικών χρόνων που παραπέμπουν σε αρματοδρομίες, διάφορα αντικείμενα που χρησιμοποιούσαν οι αθλητές, όπως δίσκοι, αλτήρες, αρύβαλλοι κ. ά., καθώς επίσης και τα εκθέματα που απαρτίζουν την ενότητα των Ολυμπιακών αγωνισμάτων. Μεταξύ αυτών ιδιαίτερα σημαντικές είναι οι ενεπίγραφες βάσεις από αγάλματα αθλητών που κοσμούσαν κατά την αρχαιότητα την Άλτη, οι λίθινες και χάλκινες επιγραφές, που αποτελούν ανεξάντλητη πηγή πληροφοριών, τα χάλκινα ειδώλια αθλητών, αλλά και πολλά αγγεία με παραστάσεις αθλητών.

Σκοπός της έκθεσης δεν είναι απλά η παροχή πληροφοριών για τους αγώνες στην αρχαιότητα, αλλά και η μύηση του επισκέπτη στο θεσμό των Ολυμπιακών Αγώνων.

Το Μουσείο εποπτεύεται από την οικεία Εφορεία Αρχαιοτήτων Ηλείας.