Το Πελόπιο ήταν ταφικό μνημείο (κενοτάφιο) αφιερωμένο στον Πέλοπα, τοπικό ήρωα που τιμούσαν ιδιαίτερα οι Ηλείοι. Βρίσκεται μεταξύ του ναού της Ήρας και του ναού του Διός. Σύμφωνα με την παράδοση που αναφέρει ο περιηγητής Παυσανίας (5.13.1), το αφιέρωσε στον Πέλοπα ο Ηρακλής, που ήταν τέταρτος απόγονός του. Κάτω από το Πελόπιο, σε βάθος 2,50 μ. από τη σημερινή επιφάνεια του εδάφους, βρίσκεται η αρχαιότερη κατασκευή μέσα στο ιερό της Άλτεως. Πρόκειται για ένα μεγάλο προϊστορικό τύμβο με λίθινο περίβολο, ο οποίος χρονολογείται στην Πρωτοελλαδική εποχή (περίπου 2500 π.Χ.). Το ανώτερο τμήμα του τύμβου αυτού ήταν ορατό μέχρι και την κλασική εποχή.

Το Πελόπιο των ιστορικών χρόνων ήταν ένας τύμβος, που είχε μέγιστο ύψος 2 μ. από την επιφάνεια του εδάφους και διαμορφώθηκε αρχικά γύρω στον 6 αι. π.Χ. Γύρω από αυτόν, κατά τον 5ο αι. π.Χ. κτίσθηκε ένας περίβολος σε σχήμα ακανόνιστου πεντάπλευρου με απλή είσοδο στη νοτιοδυτική γωνία. Στα τέλη του 5ου αι. π.Χ. η είσοδος αναδείχθηκε, όταν προστέθηκε μνημειακό λίθινο δωρικό πρόπυλο. Κατά την αρχαιότητα μέσα στον περίβολο υπήρχαν δένδρα, κυρίως λεύκες, και ανδριάντες. Σύμφωνα με τις μαρτυρίες του Παυσανία (5.13.2), κάθε χρόνο οι άρχοντες θυσίαζαν στο χώρο του Πελοπίου ένα μαύρο κριάρι και όποιος έτρωγε από το θυσιασμένο στον Πέλοπα ζώο δεν επιτρεπόταν να μπει στο ναό του Δία.

Από το χώρο του Πελοπίου, τόσο από τις παλιές όσο και από τις πρόσφατες γερμανικές ανασκαφές, προέρχεται πλήθος ευρημάτων, κυρίως κεραμική, πήλινα και χάλκινα ειδώλια ανθρώπων και ζώων, πολλά από τα οποία εκτίθενται στο Αρχαιολογικό Μουσείο Ολυμπίας.