Etwa hundert Meter westlich des Tempels steht ein etwa 32 m langer und etwa 14,5 m breiter Bau. Dass es sich bei diesem Bau um die Werkstatt handelt, in der Phidias die Zeusstatue schuf, hätte man zunächst ohne die Beschreibung des Pausanias nicht erkannt. Ausgrabungen förderten jedoch zahlreiche Reste des für die Herstellung des Gold-Elfenbein-Bildnisses nötigen Prozesses zu Tage, die die Nutzung des Gebäudes belegen. Es wurden negative Formen und Glasreste gefunden, so dass in Spuren eine Vorstellung vom einstigen Aussehen der zu den sieben Weltwundern der Antike zählenden Statue gewonnen werden kann.

Wohl um die Wirkung der Zeusstatue zu überprüfen, entspricht die Werkstatt in ihren Abmessungen fast genau der Cella des Tempels, auch wenn sie aufgrund fehlender Fundamente sicher nicht vollständig in der Werkstatt zusammengesetzt werden konnte. Den Seitenschiffen in der Cella scheinen hier Arbeitsbühnen entsprochen zu haben. Die Wände waren über einem Wandsockel aus Werksteinen ursprünglich aus Lehmziegeln hochgeführt. Sie wurden vermutlich nach einem Erdbeben im 3. Jhd. n. Chr. durch Ziegelmauerwerk ersetzt. Den Dachrand bildete eine Sima, die mit einem reliefierten Lotosblüten-Palmettenfries (Anthemion) verziert war. In frühbyzantinischer Zeit, Anfang des 5. Jhds. n. Chr., wurde der Bau zu einer Kirche umgewandelt und die große alte Türöffnung durch eine Apsis ersetzt