Высота Олимпа — 21,2 км от основания, что более чем вдвое превышает высоту вулкана Мауна-Кеа, являющегося самым высоким вулканом на Земле и возвышающегося на 10,2 км от основания. Диаметр Олимпа — около 540 км. Вулкан имеет крутые склоны по краям высотой до 7 км. Причины образования этих гигантских обрывов пока не нашли убедительного объяснения, хотя многие склоняются к версии подмыва склонов вулкана некогда существовавшим на Марсе океаном.

Длина вулканической кальдеры Олимпа — 85 км, ширина — 60 км. Глубина кальдеры достигает 3 км благодаря наличию шести перекрывающихся вулканических кратеров. Для сравнения — у крупнейшего на Земле вулкана Мауна Лоа на Гавайских островах диаметр кратера составляет 6,5 км.

Олимп — потухший вулкан, образовавшийся благодаря потокам лавы, извергавшимся из недр и застывавшим. По всей видимости, извержения происходили в течение длительных периодов времени, о чём говорит тот факт, что ширина вулкана почти в 3 раза превышает его высоту.
Анализ снимков аппарата «Марс-Экспресс» показал, что самая свежая лава на склонах Олимпа имеет возраст предположительно около 2 млн лет. Таким образом, нельзя исключать того, что вулкан снова начнёт извергаться.

Сравнительно большие размеры Олимпа объясняются тем, что Марс, вероятно, не имеет тектонических плит, в отличие от Земли. В силу отсутствия движения плит, вулкан может существовать очень долго.