Sanktuarium funkcjonowało w pierwszych latach chrześcijaństwa za panowania Konstantyna I Wielkiego. Ostatnie igrzyska odbyły się w Olimpii w roku 393, wkrótce potem w 394 roku Teodozjusz I Wielki wydał edykt zakazujący wszelkich świąt i uroczystości pogańskich. W roku 426 Teodozjusz II rozkazał zniszczenia Olimpii, m.in. spalono wówczas świątynię Zeusa. W połowie V w. w sanktuarium osiedliła się mała społeczność chrześcijańska i przekształciła warsztat Fidiasza w kościół. Trzęsienia ziemi w 551 i 552 roku dokonały kolejnych zniszczeń, m.in. świątynia Zeusa uległa częściowemu zawaleniu. Na przestrzeni wieków obszar sanktuarium wielokrotnie zalewały wody Kladeos i Alfios – sanktuarium przykryła warstwa piachu i szlamu o grubości 5–7m.
Historia odkrycia Olimpii W 1516 roku miejsce zbiegu rzek Alfios i Kladeos zostało oznaczone na mapie weneckiej jako Andilalo. Pod koniec wojny trzydziestoletniej, szwedzki dyplomata Matthias Palbitzki (1623–1677), podróżujący po Grecji w latach 1645–1648, był najprawdopodobniej pierwszym zachodnim Europejczykiem, który dotarł do Olimpii w 1647 roku. W 1723 roku, w liście do arcybiskupa Korfu, benedyktyński mnich i francuski paleograf Bernard de Montfaucon (1655–1741) wysunął propozycję odnalezienia Olimpii i przeprowadzenia prac wykopaliskowych. Pomysł ten nigdy jednak nie został zrealizowany.