Les fouilles du temple commencent réellement en 1829 avec l'expédition française de Morée. La mission scientifique de l'expédition passe six semaines à partir du 10 mai 1829 à Olympie. Léon-Jean-Joseph Dubois (de la section d’Archéologie) et Abel Blouet (de la section d'Architecture et de Sculpture) y entreprennent les premières fouilles. Ils y sont accompagnés des peintres Frédéric de Gournay, Pierre Achille Poirot, Pierre Félix Trézel et Amaury-Duval, ainsi que de plus d'une centaine d'ouvriers. Le site d'Olympie avait été redécouvert en 1766 par l'antiquaire anglais Richard Chandler. Depuis, il avait été visité par de nombreux voyageurs-antiquaires comme Fauvel, Pouqueville, Gell, Cokerell et Leake. Son repérage général par les archéologues de l’expédition de Morée est permis grâce aux descriptions plus précises d'Edward Dodwell (pour Dubois) et de John Spencer Stanhope (pour Blouet). La plupart des bâtiments est en effet invisible à l’œil, car comme le note Abel Blouet, ils doivent être recouverts d'une épaisse couche de sédiments due aux nombreux débordements des rivières Alphée et Cladée.