Świątynia miała trzy pomieszczenia: pronaos, cellę i opistodomos, przy czym pronaos i opistodomos były zamknięte antami. Do celli wchodziło się z pronaosu przez podwójne drzwi o szerokości 2,9 m. Cella była przedzielona wzdłuż przez dwa rzędy kolumn doryckich, z których co druga kolumna była częścią ściany działowej – cztery ściany wyznaczały pięć niszy po każdej stronie. Na końcu celli stały statuy Zeusa i Hery: bogini siedziała na tronie, a Zeus stał obok niej. Znaleziona podczas prac archeologicznych głowa posągu Hery przypisywana jest do tego posągu. Przed statuami bóstw Szesnaście Kobiet – organizatorek herajów – składało co cztery lata nowo utkany peplos w darze dla bogini.
W świątyni przechowywano dysk Ifitosa, na którym wyryto tekst „świętego pokoju” ogłaszanego na okres organizacji igrzysk w Olimpii. W opistodomosie znajdowały się skrzynia Kypselosa – bogato zdobiona złotem i kością słoniową, dekorowana scenami mitologicznymi oraz stół Kolotesa, na którym wykładano wieńce oliwne dla zwycięzców igrzysk. W ruinach celli znaleziono posąg rzeźbę Hermesa z małym Dionizosem dłuta Praksytelesa.