Στις προϊστορικές κοινωνίες, η θρησκεία αποτελούσε έναν ισχυρό συνδετικό κρίκο και στοιχείο ταυτότητας. Κοινά ιερά σύμβολα και τελετουργικά αντικείμενα παραπέμπουν σε επιρροές και στενές σχέσεις με την Μινωϊκή Κρήτη.

Για τις λατρευτικές πρακτικές και δοξασίες των Ηλείων στους προϊστορικούς χρόνους αντλούμε πληροφορίες από τις φιλολογικές μαρτυρίες που κάνουν αναφορά σε πανάρχαιους μύθους οι οποίοι αρχικά συντηρούνταν αποκλειστικά μέσω της παράδοσης. Ιερά κτίσματα από την περίοδο αυτή δεν έχουν εντοπιστεί, γεγονός που συνηγορεί στην πραγματοποίηση τελετουργιών σε υπαίθρια ιερά (κορυφές λόφων, σπήλαια κ.α.).

Θεότητες όπως ο Κρόνος, η Ρέα, ο Ιδαίος Ηρακλής, ο Σωσίπολις, η Γαία λατρεύονταν στην Ολυμπία πριν αλλά και μετά την επικράτηση του πανίσχυρου Ολύμπιου Δία.

Η λατρεία των θεοτήτων ήταν απλή και μαρτυρείται από διάφορα σπονδικά ρυτά και ανθρωπόμορφα ειδώλια.

Κατά την Προϊστορική Εποχή, ιδιαίτερα σαφή είναι τα στοιχεία που διαθέτουμε για τις ταφικές πρακτικές, κυρίως μέσα από ευρήματα των Πρωτοελλαδικών, Μεσοελλαδικών και Μυκηναϊκών νεκροταφείων. Στην Πρωτοελλαδική και Μεσοελλαδική περίοδο, οι νεκροί ενταφιάζονταν σε πίθους, θαλαμωτούς, κιβωτιόσχημους και λακκοειδείς τάφους, πολλές φορές σε εμβρυακή στάση, με ελάχιστα προσωπικά αντικείμενα.

Στους Μυκηναϊκούς χρόνους, παρατηρείται εντυπωσιακή αύξηση στον αριθμό και την πολυτέλεια των τάφων και των κτερισμάτων. Τα μυκηναϊκά νεκροταφεία της Ηλείας, κυρίως στο βόρειο τμήμα της περιοχής, εντοπίζονται όλοι οι τύποι τάφων (λακκοειδείς, θαλαμωτοί, θολωτοί), με κυριαρχία των θαλαμωτών στα οργανωμένα νεκροταφεία.

Η μεγάλη ποικιλία των ταφικών μορφών και των πλούσιων κτερισμάτων αντανακλά τη σύνθετη κοινωνική ιεραρχία των Μυκηναίων και αποκαλύπτει πολλά για τις αντιλήψεις τους γύρω από τον θάνατο.

Ένα συγκινητικό εύρημα αποτελεί το κρανίο μιας Μυκηναίας από θαλαμωτό τάφο στην Καυκανιά, στο οποίο διατηρήθηκε το γυάλινο μπλε διάδημα με το οποίο την είχαν στολίσει για την ταφή της.