Η λατρεία του Ολυμπίου Διός υπήρξε αρκετά σημαντική για τους Μακεδόνες. Σύμφωνα με όλες τις ενδείξεις, το τέμενος του Διός στο Δίον βρίσκεται κοντά στο ρωμαϊκό θέατρο. Δυο επιγραφές που βρέθηκαν εκεί οδηγούν στην τάυτιση του ιερού χώρου. Η πρώτη αποτελεί μια επιστολή του Φιλίππου Ε΄, με την οποία διευθέτησε τα σύνορα ανάμεσα στους Δημητριείς και τους Φεραίους στη Θεσσαλία. Η δέυτερη επιγραφή είναι ένα ψήφισμα της πόλης του Δίου, το οποίο χρονολογείται στα τέλη του 4ου αιώνα π.Χ. Και στις δυο αυτές επιγραφικές μαρτυρίες αναφέρεται ρητά ότι έπρεπε να τοποθετηθούν στο ιερό του Ολυμπίου Διός.

Στον τομέα αυτό έχουν αποκαλυφθεί κτίσματα που σχετίζονται με τη λατρεία, ένας τοίχος μήκους περισσότερο από 100 μ. εικάζεται ότι είναι ο περίβολος του τεμένους, θραύσματα γλυπτών, ανάγλυφο που εικονίζει τον Δία και δύο επιγραφές που αποδεικνύουν ότι πρόκειται για ιερό αφιερωμένο στη λατρεία του Διός. Τα κτίσματα που έχουν έρθει στο φως ανήκουν χρονολογικά σε διάφορες περιόδους της ελληνιστικής εποχής. Τμήματα κιόνων βεβαιώνουν την ύπαρξη ενός κτηρίου με μνημειακό χαρακτήρα, δωρικού ρυθμού.

Υπάρχουν επιγραφικές μαρτυρίες ότι το Ιερό του Διός στο Δίον ήταν εξαιρετικά σημαντικός χώρος για το μακεδονικό βασίλειο, καθώς εκεί δημοσιεύονταν σε λίθινες στήλες σημαντικά κείμενα. Επίσης στο ιερό ήταν στημένα τα αγάλματα των Μακεδόνων βασιλέων. Στο χώρο δεν έχουν γίνει ως τώρα μεγάλης έκτασης ανασκαφές. Η έρευνα συνεχίζεται πιο συστηματικά τα τελευταία χρόνια.