Frühhelladikum
Das Land am Zusammenfluss von Kladeos und Alpheios weist eine lange Besiedlungsgeschichte auf. Die ältesten Keramikfunde im Bereich des Stadions lassen sich bis in das vierte Jahrtausend vor Christus, also in das Endneolithikum beziehungsweise das beginnende Chalkolithikum, datieren. Damit ist Olympia neben Ajios Dimitrios, einem Ort bei Lepreon, der zweite Ort in Elis, für den eine so frühe mindestens temporäre Besiedlung nachweisbar ist. Weiterhin lassen sich im Bereich des Stadions Keramikscherben aus dem Frühhelladikum I und II, also aus dem dritten Jahrtausend vor Christus, nachweisen. Unter dem Pelopion-Temenos, rund 200 Meter westlich des Stadions, befindet sich ein großer prähistorischer Tumulus. Seine Kuppe wurde wahrscheinlich bereits in prähistorischer Zeit oder in der Antike durch Steinraub und Erosion abgesenkt, litt aber ebenfalls unter den modernen Grabungen. Der Tumulus wurde durch Archäologen auf die Zeit um 2600/2500 vor Christus datiert. Dem Tumulus folgte eine Siedlung aus Apsidenhäusern, deren Bauten II, III, IV und V auf einer Schwemmsandschicht errichtet worden sind, wie durch die stratigraphische Analyse nachgewiesen werden konnte. Nach dieser werden die Apsidenhäuser an den Beginn des Frühhelladikum III, also gegen 2200 vor Christus, datiert. Die dort gemachten Keramikfunde weisen auf eine Benutzung bis in das späte Frühhelladikum III, um 2000 vor Christus, hin. Weitere frühhelladische Scherben wurden im Tal des Kladeos sowie in der Nähe des Neuen Museums von Olympia gefunden. Sie legen nahe, dass das Gebiet bereits im dritten Jahrtausend vor Christus in größerem Umfang menschlicher Besiedlung ausgesetzt war. Die von den Bewohnern der Siedlung auf der Altis geschaffene Keramik wurde mit nichthelladischen Dekormotiven verziert. Diese mit Ritzungen und Einstichen verzierten Tonwaren könnten zum einen auf einen Einfluss der in Dalmatien ansässigen Cetina-Kultur, zum anderen aber auch auf Süditalien hindeuten, so dass die Siedler von Olympia möglicherweise mit diesen in Kontakt standen.