Το κτίριο που σήμερα στεγάζει το Μουσείο της Ιστορίας των Ολυμπιακών Αγώνων της Αρχαιότητας στην Ολυμπία ανεγέρθη την δεκαετία του 1880 και ήταν ένα από τα  πρώτα επαρχιακά Μουσεία της Ελλάδας. Εδώ στεγάστηκαν για πρώτη φορά οι καλλιτεχνικοί και ιστορικοί θησαυροί της Ολυμπίας, ο Ερμής του Πραξιτέλους, η Νίκη του Παιωνίου, ο γλυπτός διάκοσμος του ναού του Διός και δεκάδες ακόμα ευρήματα των συστηματικών ανασκαφών που βρίσκονταν σε εξέλιξη από το έτος 1875 με την ευθύνη του Γερμανικού Αρχαιολογικού Ινστιτούτου και εκτίθενται από τα τέλη της δεκαετίας του 1970 στο Νέο Αρχαιολογικό Μουσείο Ολυμπίας.

Εν όψει της τέλεσης των Ολυμπιακών Αγώνων «ΑΘΗΝΑ 2004» το εγκαταλελειμμένο «Παλαιό μουσείο της Ολυμπίας», όπως είχε άτυπα ονομαστεί μετά την απομάκρυνση των εκθεμάτων του, υφίσταται πλήρη αποκατάσταση και στις 24 Μαρτίου 2004 επίσημα ξεκινά να λειτουργεί ως Μουσείο της Ιστορίας των Ολυμπιακών Αγώνων της Αρχαιότητας (Μ.Ι.Ο.Α.Α.).

Μια από τις ιδιαιτερότητες του Μ.Ι.Ο.Α.Α., είναι ότι τα αρχαιολογικά εκθέματά του (περίπου 400 αρχαία έργα) προέρχονται όχι μόνο από την Ολυμπία αλλά και από πολλές ακόμη σημαντικές αρχαιολογικές θέσεις, ιστορικούς τόπους και αρχαίες πόλεις της Ελλάδας. Τα έργα αυτά (πήλινα αγγεία, αγάλματα, ψηφιδωτά, χάλκινα ειδώλια και αγαλμάτια, εξοπλισμών αθλητών και αγωνισμάτων, νομίσματα κ.α.) έχουν παραχωρηθεί με την μορφή μοκροχρόνιου δανεισμού από υπηρεσίες και μουσεία του Υπουργείου Πολιτισμού και Αθλητισμού και συνολικά καλύπτουν μεγάλο χρονολογικό φάσμα, από τη δεύτερη χιλιετία π.Χ. έως και τον 5ο αι. μ.Χ.

Η έκθεση πραγματεύεται σημαντικά κεφάλαια – σταθμούς της υπερχιλιετούς ιστορίας των Ολυμπίων και των άλλων πανελληνίων αγώνων (Πύθια, Ίσθμια, Νέμεα και Παναθήναια) όπως: η προϊστορία της άθλησης, η απαρχή των αγώνων στην Ολυμπία, ο Δίας και η λατρεία του, η Ήλιδα και ο ρόλος της στην οργάνωση των αγώνων και την προετοιμασία των αθλητών, γυναίκες και άθληση, τα αγωνίσματα, οι νικητές των αγώνων κ.α.

Η έκθεση στο Παλαιό Μουσείο της Ολυμπίας αποτελεί την απαραίτητη συνέχεια της ιστορίας του Ιερού του Διός της Ολυμπίας, την οποία αφηγείται η έκθεση στο Νέο Αρχαιολογικό Μουσείο Ολυμπίας. Έτσι, τα δυο μουσεία, μαζί με το μικρό Μουσείο της Ιστορίας των Ανασκαφών, αλληλοσυμπληρούμενα, βρίσκονται σε έναν όμορφο και διαρκή διάλογο με αποδέκτες τους χιλιάδες επισκέπτες της Ολυμπίας.

Στις αρχές του 2019 ολοκληρώθηκε επιτυχώς από το στελεχιακό δυναμικό της Εφορείας Αρχαιοτήτων Ηλείας ένα σύνθετο μουσειολογικό έργο, η αναδιαμόρφωση της αρχαιολογικής έκθεσης και, κατά κύριο λόγο, η αναβάθμιση και ο εμπλουτισμός των αιθουσών και προθηκών με πλούσιο εποπτικό υλικό και σύντομα κείμενα. Η τελευταία αυτή παρέμβαση συνιστά μια νέα φάση στη μακρά ιστορία του «Παλαιού μουσείου της Ολυμπίας» και είμαστε ευτυχείς διότι σέβεται και στηρίζει την εξαιρετική δομή και εκτέλεση της αρχικής μουσειολογικής μελέτης του ΜΙΟΑΑ.