据传，古代奥运会共有24个比赛项目，其中成年人8项，余者皆为少年运动员的比赛项目。从第1届到第13届古代奥运会只有一个比赛项目，即短跑。至于短跑的距离，说法不一。有的人说为192.27米，正好为运动场的长度，所以也叫场地跑（该长度为“大力神”脚长的600倍）；从第14届起增加了中距离跑，也叫两次场地跑。从第15届开始，又增设了长跑。
从第18届古代奥运会开始，又增设了角力（类似现在的摔跤）和5项全能比赛。角力是古希腊人喜爱的运动之一，当时的规则很简单，不分重量级，只要在比赛中能将对手三次摔倒即为优胜。五项全能比赛包括：赛跑、跳远、铁饼、标枪和角力。比赛初期，没有固定的程序，以后逐渐定为跳远、标枪、铁饼、赛跑、角力这一顺序。
跳远比赛没有规定应该立定跳远还是应该助跑跳，比赛时用笛子伴奏.有的运动员双手各举一个梨形石质哑铃，有的手持手棒，据说这样做是为了激发运动员的情绪，同时保持身体平衡。此外，要求两足整齐着地，否则不予丈量成绩。
铁饼运动在希腊颇为盛行。据考证，古奥运会前期所掷的铁饼可能是石饼，直到公元前6世纪才出现了铁饼。古代奥运会上，运动员掷饼的姿式极为优美：运动员手握饼低头后视，身体右侧，左手支撑在右腿的膝盖上，随着身体左转，挥臂将饼掷出。这就是后来人们称之为希腊式掷铁饼的动作。
古代的标枪主要用于战争，但比赛用的标枪要比实战用的标枪轻得多。标枪中间有一皮制的把手，投掷时将食指和中指插进皮把手内。比赛时，可试投3~4次，分投远和投准两种比赛。投掷标枪，在古希腊被视为一种高雅和衡量一个人才华标准的运动。
5项全能的优胜者，必须参加上述全部5个项目的比赛。当时，决定5项运动冠军的方法也与今天不同，是按照比赛顺序，首先进行前4项比赛，从中选出优胜者，再进行角力比赛，角力比赛的冠军，即为5项运动的第一名。第23届古奥运会上，拳击被列入比赛项目。这项比赛非常激烈而残酷，比赛时运动员两手都缠着带铁疙瘩的皮革，比赛直到一方承认失败为止。
在第33届古奥运会上，又新增设了赛马和角斗两个项目。赛马主要是比速度，比骑技，要求运动员不穿马靴。有趣的是，赛马的冠军不是骑手而是马的主人。角斗是介于拳击和角力之间的一项混合比赛，不同千拳击的是，禁止运动员手上缠带有铁刺的皮条，但其激烈、残酷程度比拳击更甚，赛场上流血事件时有发生。比赛规定，如将对手致死，不算胜利，不能获得橄榄冠。
战车比赛是古希腊颇受欢迎的运动项目，比赛要求绕场跑9千米左右，通过抽签决定道次，出发以吹喇叭为号。赛场上气氛十分热烈，参赛的40余辆战车你追我赶，场面极为威武壮观。但跑完全程者往往不及半数，死伤事故屡见不鲜。