Den eldste beviselige byggeaktivitet ved Olympia er fra rundt 600 f.Kr. I løpet av 500-tallet f.Kr. bygget skiloudere, allierte av pisaterne, Heraion (tempelet til Hera), Skattkammerne (en rekke små tempelformede bygninger), og Pelopion (kultbygning med den påståtte graven til Pelops). Sekulære bygninger og atletiske arenaer ble også bygget under denne perioden, inkludert Buleuterion (for rådsforsamling). Den første stadium ble bygget rundt 560 f.Kr. og besto av kun en enkelt bane. Stadium ble ombygget rundt 500 f.Kr. med skråninger på sidene for publikum og plassert noe lengre mot øst. I løpet av 500-tallet f.Kr. ble en rekke ulike sportsgrener lagt til den olympiske festivalen. Ved 580 f.Kr. ble Pisa okkuperte av Elis, i allianse med Sparta, og tok tilbake kontrollen over helligdommen.