Το Ολυμπιείον βρίσκεται στη νότια πλευρά των Αθηνών, ανάμεσα στην Ακρόπολη και τον ποταμό Ιλισσό. Πρόκειται για το ιερό του Ολυμπίου Διός στο οποίο κτίστηκε ένας από τους μεγαλύτερους ναούς του αρχαίου κόσμου που ήταν αφιερωμένος στο Δία. Σύμφωνα με το Βιτρούβιο ήταν ένα από τα πιο φημισμένα δείγματα της αρχιτεκτονικής σε μάρμαρο. Η ίδρυση του ιερού ανάγεται στο μυθικό Δευκαλίωνα. Γύρω στο 500 π.Χ. ανεγείρεται ένα τριμερές επίμηκες οικοδόμημα με αυλή στα νότια. Ταυτίζεται με το Δικαστήριο επί Δελφινίω, το οποίο σύμφωνα με την παράδοση είχε ιδρύσει ο Αιγέας. Στον ίδιο χώρο εντάσσεται και ο ναός του Δελφινίου Απόλλωνα. Σύμφωνα με την παράδοση το ιερό του Δελφινίου Απόλλωνα σχετίζεται με το Θησέα.


Η λατρεία στο χώρο αυτό ανάγεται στους προϊστορικούς χρόνους και συνδέεται με χθόνιες θεότητες και ήρωες της αρχαίας Αθήνας. Το 515 π.Χ. άρχισε να κτίζεται από τον Πεισίστρατο το Νεότερο ένας μνημειώδης ναός, που όμως δεν ολοκληρώθηκε εξαιτίας της πτώσης της τυραννίας. Την οικοδόμηση του ναού, που έμεινε ημιτελής για 400 περίπου χρόνια, συνέχισε το 174 π.Χ. ο Αντίοχος ο Δ΄ ο Επιφανής. Ο ναός όμως τελικά αποπερατώθηκε το 124/125 μ.Χ. από τον αυτοκράτορα Αδριανό, που ταύτισε τον εαυτό του με το Δία και πήρε τον τίτλο του Ολυμπίου. Γύρω στα 450 π.Χ. οικοδομείται ο μεγάλος πώρινος δωρικός περίπτερος ναός (αμφιδίστυλος εν παραστάσι), πιθανόν του Δελφινίου Απόλλωνα, που εγκαταλείπεται τον 3ο μ.Χ. αι. Στην εποχή του Αδριανού, κατά τον 2ο αι. μ.Χ. ανεγείρεται ρωμαϊκός ναός, δωρικού ρυθμού, μέσα σε τέμενος με κτιστό περίβολο και υπαίθριο βωμό, πιθανόν του Κρόνου και της Ρέας, ρωμαϊκό περιστύλιο ή πανελλήνιο, για τη διεξαγωγή του συνεδρίου του ιερατείου των Πανελλήνων και στο βράχο της Ολυμπίας Γης, υστερορωμαϊκό κτήριο, πιθανόν κατοικία εξέχοντος μέλους του ιερατείου.


Τον 3ο αι. μ.Χ., την εποχή του Ρωμαίου αυτοκράτορα Βαλέριου, οικοδομείται το Βαλεριάνειο τείχος, πιθανόν πάνω στη διαδρομή του κλασικού Θεμιστόκλειου τείχους. Τον 4ο και 5ο αι. μ.Χ. αναπτύσσεται εκτός του τείχους εκτεταμένο υστερορωμαϊκό νεκροταφείο.


Τέλος, στο 10ο - 12ο αι. μ.Χ. ακμάζει μια εκτενής βυζαντινή συνοικία με οικίες και εργαστήρια, όπως βυρσοδεψεία και ελαιοτριβείο, επάνω στα ερείπια του κλασικού ναού, με μία τουλάχιστον κεντρική οδική αρτηρία, την αποκαλούμενη Αρχαία Οδό.


Ανασκαφές στο χώρο του ναού του Δία πραγματοποιήθηκαν από τον E. Penrose από το 1883 έως το 1886 και το 1922 από τον G. Weltet. Η Ελληνική Αρχαιολογική Εταιρεία διενέργησε ανασκαφές γύρω από το ναό από το 1886 έως το 1907 ενώ ο Ιωάννης Τραυλός (αρχιτέκτων) στη δεκαετία του 1960. Ο αρχαιολόγος Ιωάννης Θρεψιάδης υπήρξε επίσης ανασκαφέας του αρχαιολογικού χώρου.


Στα πλαίσια του Έργου της Ενοποίησης των Αρχαιολογικών Χώρων της Αθήνας , ο χώρος νοτίως του Ολυμπιείου με τα Παριλίσσια ιερά ενοποιήθηκε με τον παλαιό αρχαιολογικό χώρο του Ολυμπιείου και είναι σήμερα επισκέψιμος για το κοινό.


Η είσοδος στον ενιαίο χώρο του Ολυμπιείου και των Παριλισσίων Ιερών γίνεται μόνο από το φυλάκιο της Λεωφόρου Βασιλίσσης ΄Ολγας. Από τον Σεπτέμβριο του 1999 έως τον Ιούνιο του 2004 διενεργήθηκαν συστηματικές αρχαιολογικές ανασκαφικές εργασίες στο χώρο νοτίως του Ολυμπιείου, υπό την εποπτεία της Γ΄ ΕΠΚΑ, στο πλαίσιο της Ενοποίησης των Αρχαιολογικών χώρων της Αθήνας . Σκοπός της επέμβασης ήταν η προβολή, ανάδειξη και αποκατάσταση των μνημείων αλλά και η ανάπλαση του χώρου με αρχαιολογικούς καθαρισμούς, εκτεταμένες αποψιλώσεις, συστηματικές εργασίες συντήρησης, μικρές εργασίες αναστήλωσης, κατασκευή συστήματος αποστράγγισης ομβρίων υδάτων και τέλος δημιουργία υποδομών και ενημερωτικών πινακίδων για την υποδοχή των επισκεπτών.

Στον ενιαίο αυτό αρχαιολογικό χώρο υπάρχουν σήμερα δύο νέα φυλάκια, ένα στη Λεωφόρο Βασιλίσσης ΄Ολγας, το άλλο κοντά στην κοίτη του Ιλισσού πλησίον της Αγίας Φωτεινής, W.C και για ΑΜΕΑ., πωλητήριο και αποθήκη.