Ο Οινόμαος, πρόσωπο της αρχαίας ελληνικής μυθολογίας, ήταν βασιλιάς της Πίσας στην Ήλιδα, γιος του θεού Άρη και μιας από τις κόρες του Ασωπού ή, σύμφωνα με άλλη παράδοση, της Αρπίννης ή της Πλειάδας Στερόπης.

Με τη σύζυγό του Ευαρέτη (κατ' άλλους σύζυγός του ήταν η Στερόπη, ή η Ευρυθόη, κόρη του Δαναού), απέκτησαν μια πανέμορφη κόρη, την Ιπποδάμεια, την οποία όμως κατά βάθος ο Οινόμαος δεν επιθυμούσε να παντρέψει, γιατί κατά μία εκδοχή την είχε ερωμένη του και κατά άλλη εκδοχή είχε πιστέψει σε ένα χρησμό, σύμφωνα με τον οποίο ο γαμβρός του θα τον σκότωνε. Διακήρυσσε λοιπόν ότι θα έδινε ως σύζυγο την Ιπποδάμεια σε όποιον τον νικούσε σε αρματοδρομία αντοχής, με αφετηρία τον Ναό του Δία στην Ολυμπία και τέρμα τον Ναό του Ποσειδώνα στον Ισθμό της Κορίνθου. Επειδή όμως τα άλογα του Οινομάου ήταν δώρο του πατέρα του, του Άρη, είχαν θεϊκή δύναμη και αντοχή, και έτσι ο Οινόμαος νικούσε πάντα τον αντίπαλό του και υποψήφιο γαμβρό του. Στη συνέχεια, του έκοβε το κεφάλι. Αφού είχε καρφώσει ήδη δώδεκα κεφάλια σε πασσάλους γύρω από το ανάκτορό του (ή τα είχε κρεμάσει στο ναό του Άρη κατ' άλλη εκδοχή), εμφανίσθηκε μπροστά του ο Πέλοπας και ζήτησε την κόρη του για γυναίκα.

Ο Πέλοπας είχε φροντίσει να εξαγοράσει προηγουμένως τον Μυρτίλο, τον ηνίοχο του Οινομάου, γιο του θεού Ερμή. Ο Πέλοπας του υποσχέθηκε ότι θα του έδινε το μισό βασίλειο ή την Ιπποδάμεια για μια νύχτα. Τότε ο Μυρτίλος αντικατέστησε τα καρφιά στον άξονα του εμπρόσθιου τροχού στο άρμα του βασιλιά με κέρινα, ή δεν έβαλε καθόλου καρφιά. Μόλις λοιπόν ξεκίνησε ο αγώνας, το τέθριππο του βασιλιά αναποδογύρισε και ο Οινόμαος σκοτώθηκε. Σύμφωνα όμως με άλλη εκδοχή του μύθου, ο Πέλοπας νίκησε τον Οινόμαο χάρη στα άλογα που του είχε χαρίσει ο Ποσειδών και μετά σκότωσε ο ίδιος τον Οινόμαο. Μετά τη νίκη του ο Πέλοπας διέφυγε στην πατρίδα του με την Ιπποδάμεια και τον Μυρτίλο. (Για τη συνέχεια του μύθου βλ. Ιπποδάμεια του Οινομάου, Πέλοπας.)

Τελικώς, χάρη στο γάμο της κόρης του, ο Οινόμαος, έστω και μετά θάνατο, έγινε πρόγονος ονομαστών μορφών της ελληνικής μυθολογίας: παππούς του Ατρέα και του Θυέστη, προπάππους του Αγαμέμνονα, του Μενελάου και του Ευρυσθέα, κ.ά..

Η αναπαράσταση του Οινομάου στην αρματοδρομία κοσμούσε το ανατολικό αέτωμα του περίφημου Ναού του Δία στην Ολυμπία. Η αρματοδρομία απεικονίζεται και στη Λάρνακα του Κυψέλου. Από τον μύθο εμπνεύσθηκαν οι μέγιστοι των τραγικών ποιητών Ευριπίδης και Σοφοκλής, και συνέγραψαν αμφότεροι τραγωδίες με τίτλο «Οινόμαος».