Ίσως το πιο φημισμένο χαρακτηριστικό του ναού του Δία στην καρδιά του ιερού ήταν το μεγάλο από χρυσό και ελεφαντόδοντο άγαλμα του Δία, που δημιουργήθηκε από τον αριστοτέχνη γλύπτη Φειδία γύρω στο 435 π.Χ., λίγο μετά την ολοκλήρωση του ναού.
Το κολοσσιαίο χρυσελεφάντινο άγαλμα — κατασκευάστηκε από πλάκες χρυσού και ελεφαντοστού πάνω σε ξύλινο σκελετό — αντιπροσώπευε την κορύφωση του αρχαίου ελληνικού γλυπτικού επιτεύγματος.
Σχεδόν δώδεκα μέτρα ύψος, η καθιστή φιγούρα του Δία κρατούσε στο δεξί του χέρι τη θεά της Νίκης και στο αριστερό του ένα σκήπτρο με έναν αετό στην κορυφή. Το ιμάτιο του θεού ήταν στολισμένο με γυάλινα άνθη και πολύτιμους λίθους. Ο Δίας καθόταν σε έναν περίτεχνο θρόνο διακοσμημένο με πολύτιμα υλικά, μυθολογικές σκηνές και περίπλοκα γλυπτά.
Ο Φειδίας και οι τεχνίτες του δούλευαν με χρυσό, ελεφαντόδοντο, γυαλί και ημιπολύτιμους λίθους στην παρακείμενη νότια πτέρυγα του εργαστηρίου στα δυτικά του μεγάλου Ναού του Δία, ακριβώς έξω από τα τείχη του ιερού χώρου. Αξιοσημείωτα ευρήματα από ανασκαφές περιλαμβάνουν πήλινες μήτρες για τo ιμάτιο του αγάλματος, θραύσματα ελεφαντόδοντου, εργαλεία χρυσοχόου και ένα μικρό κύπελλο με την επιγραφή «Ανήκω στον Φειδία».
Μετά την ολοκλήρωσή του, το άγαλμα αποσυναρμολογήθηκε και μεταφέρθηκε σε τμήματα μέσα στον ναό. Στη συνέχεια συναρμολογήθηκε και στήθηκε στην οριστική του θέση, στο πίσω μέρος του σηκού, όπου παρέμεινε για πολλούς αιώνες.
Οι αρχαίοι συγγραφείς περιέγραψαν τους επισκέπτες να συγκινούνται μέχρι δακρύων από την εξαιρετική ομορφιά και μεγαλοπρέπεια του αγάλματος – ο γεωγράφος Στράβων έγραψε ότι αν ο Δίας έστεκε όρθιος, θα έσπαγε την οροφή του ναού.
Το άγαλμα απαιτούσε συνεχή συντήρηση. Τα αρχεία αναφέρουν εργάτες που γυαλίζουν και λάδωσαν τακτικά το ελεφαντόδοντο για να αποτρέψουν το ράγισμα στο υγρό κλίμα της Ολυμπίας. Μια ορθογώνια δεξαμενή με ελαιόλαδο φυλασσόταν μπροστά από το άγαλμα για να παρέχει υγρασία και να δημιουργεί λαμπερές αντανακλάσεις.
Η παρουσία του αγάλματος μετέτρεψε τον ναό σε κάτι πολύ περισσότερο από ένα κτίριο – έγινε σύμβολο θεϊκής μεγαλοπρέπειας, των επιτευγμάτων του ανθρώπου και του ίδιου του πνεύματος της Ολυμπίας.
Ο Φειδίας δημιούργησε αυτό το μνημειώδες άγαλμα—ένα από τα Επτά Θαύματα του αρχαίου κόσμου στο εργαστήριό του, ένα κτίριο δυτικά του ιερού περιβόλου, απέναντι από τον ναό του Δία.
Οι αξιωματούχοι της Ήλιδας, υπεύθυνοι για το ιερό της Ολυμπίας, κάλεσαν τον διάσημο Αθηναίο γλύπτη στην Ολυμπία για να δημιουργήσει ένα άγαλμα αντάξιο του πρόσφατα ολοκληρωμένου ναού.
Χτισμένη μεταξύ 430-420 π.Χ., η ορθογώνια αίθουσα (32 x 18 x 14,50 μ.) ταίριαζε ακριβώς στις διαστάσεις του σηκού του ναού για να διευκολύνει την κατασκευή του κολοσσιαίου αγάλματος.
Το εργαστήριο χωριζόταν σε τρία κλίτη με κίονες, με το άγαλμα τοποθετημένο στο κεντρικό κλίτος.
Με τη βοήθεια μιας ομάδας εργατών, ο Φειδίας αφιέρωσε χρόνια εργασίας στο έργο.
Η τύχη του αγάλματος παραμένει αβέβαιη. Ορισμένες πηγές υποδηλώνουν ότι μεταφέρθηκε στην Κωνσταντινούπολη στα τέλη του 4ου ή στις αρχές του 5ου αιώνα μ.Χ.
Στη νέα πρωτεύουσα της αυτοκρατορίας, ο Δίας του Φειδία έγινε μέρος μιας αριστοκρατικής συλλογής αρχαίας τέχνης στο Παλάτι του Λαύσου, ενός αξιωματούχου που υπηρετούσε υπό τον Θεοδόσιο Β’.
Η τελική μοίρα αυτού του μνημειώδους έργου σφραγίστηκε το 475 μ.Χ., κατά τη διάρκεια της βασιλείας του αυτοκράτορα Ζήνωνα, όταν μια καταστροφική πυρκαγιά κατέστρεψε το παλάτι και ολόκληρη τη συλλογή του, με αποτέλεσμα την οριστική απώλεια ενός από τους μεγαλύτερους καλλιτεχνικούς θησαυρούς της αρχαιότητας.
Αυτό το θαύμα του αρχαίου κόσμου εξαφανίστηκε από την ιστορία, αφήνοντας μόνο περιγραφές και μικρές αναπαραγωγές σε νομίσματα που υπαινίσσονταν την παλιά του δόξα