Cella, otwarta na wschód, przedzielona była dwoma podwójnymi rzędami 7 kolumn na trzy nawy. W środku, oddzielony od publiczności, stał chryzelefantynowy posąg Zeusa dłuta Fidiasza z ok. 430 p.n.e. – jeden z siedmiu cudów świata. Rzeźba przedstawiała Zeusa siedzącego na tronie, trzymającego w prawej dłoni statuę bogini Nike, a w lewej berło. Obnażone części ciała wykonano z kości słoniowej, a szaty i tron ze złota, przy czym tron ozdobiono reliefami ze scenami mitologicznymi. Po wprowadzeniu zakazu igrzysk olimpijskich, posąg został wywieziony do Konstantynopola ok. 420 roku, gdzie przepadł w pożarze w 475 roku.
Dekoracja rzeźbiarska Świątynię wyróżniała bogata dekoracja rzeźbiarska. Dekoracja frontonów to doskonały przykład rzeźby z okresu wczesnoklasycznego. Figury frontonów zostały wykonane z marmuru z Paros w latach 470–460 p.n.e. Podczas trzęsienia ziemi w 374 p.n.e. zawaliła się fasada wschodnia i wypadły wszystkie rzeźby z frontonów. Mniej uszkodzone rzeźby naprawiono, a trzy zniszczone figury kobiet z frontonu zachodniego zastąpiono nowymi z marmuru z Pentelejkonu i po remoncie budowli wstawiono na miejsce.