ın merkez'un halkı tarımla uğraşıyoBizantion, Roma'dan yardım isteğinde bulundu. Bu dönemden itibaren kentde Roma imparatorluğu etkisi başlamış ve M.Ö.146 yılında kent tamamen Roma'nın egemenliğine girmiştir. Önceleri idari olarak varlığını sürdüren kent, daha sonra Bitinya-Pontus eyaletinin bir parçası haline gelmiştir. Böylece 700 yıllık kent statüsü de sona ermiştir.
73 yılında Bizantion Roma'nın Bithynia-Pontus eyaletine bağlandı. İmparator Vespasianus kentin gelişimine katkı da bulundu. 193 yılına gelindiğinde Roma imparatoru Septimus Severus, Partların tarafını tutan Bizantion'u kuşatarak kenti yağmaladı ve surları da yıktırdı. Daha sonra ise surları yeniden inşa ettirip kenti de imar etti. Yeni sokaklar ve binalar yaptırdı. Hipodrom inşaatını başlattı. 269 yılında kent bu kez Gotların saldırısına uğradı. Zafer kazanan Gotlar, deniz kıyısına yakın bir alana sütunlarını diktiler. 313 yılında Nicomedialılar kenti ele geçirdiler. I. Constantinus Nicomedialılarla yaptığı savaşı kazanarak kenti geri aldı.
Roma imparatorluğu başkenti (324-395): Bizantion Roma'nın doğusunun yönetim merkezi olarak seçildi.Bu yeni konumu, kentin dünya kültürü ve siyaseti içinde ki önemli rolünüde belirlemiş oldu. I.Constantinus(324-337), Romalı soyluları Bizantion'a çağırarak kentin Romalı nüfusunu arttırdı. Yeni başkentin konumu yakışır bir imar hamlesi başlatıldı. Limanlar ve su tesisleri yeniden düzenlendi.Kent içi su dağıtım tesislerinin temelleri atıldı. Savunma amaçlı yeni sur yaptırıldı. Septimus Severius'un başlattığı hipodrum inşatı tamamlandı. Yüz bin kişilik hipodromun genişliği 117 metre uzunluğu ise 480 metreydi.Hipodrom duvarlarının üzeri çok sayıda heykellerle süslüydü. Bu heykellerin en önemlisi de at heykelleriydi. Kentin Latinler tarafından istila edilmesiyle bu at heykelleri, Venedik'e San Marco meydanına taşındı. Hipodrom'da ki[Sultanahmet meydanı] imparatorluk sarayı[Sultanahmet caminin bulunduğu alan] ve anıtsal ibadethaneler, Akropolis[Topkapı sarayının yapıldığı yer] yapıldı. Önceleri Nea(yeni) Roma adıyla anılan kenti, I.Constantinus kendi adıyla özdeşleştirdi. 11 mayıs 330 tarihinde ise kentin ismi Constantinopolis olarak değiştirildi. Önce Aya irini, 360 yılında da Ayasofya kiliselerini yaptıran I. Constantinus kenti Hıristiyan aleminin en önemli merkezlerinden biri haline getirmiştir.
Bizans İmparatorluğu dönemi(395-1453): 476 yılında batı Roma imparatorluğunun yıkılmasından sonra Doğu Roma imparatorluğu, Bizans imparatorluğuna dönüşmüş ve İstanbul kenti de bu yeni imparatorluğun başkenti haline gelmiştir.
6. Yüzyılın ortaları, Bizans imparatorluğu ve İstanbul için yeni bir yükseliş döneminin başlangıcı olmuştur. İmparator I.Jüstinyen yönetiminde ki bu dönemde daha önce tahrip edilmiş olan Ayasofya bugünkü haliyle yeniden inşa edilmiş, 543 yılında kentde görülen ve nüfusun yarısının ölümüne neden olan veba salgınının izleri silinmiştir.
7.8. ve 9. yüzyıllar İstanbul için kuşatma yılları olmuştur. Yedinci yüzyılda Sasaniler ve Avarlar'ın saldırısına uğrayan kenti sekizinci yüzyılda Bulagarlar ve Arap müslümanlar, dokuzuncu yüzyılda ise Ruslar ve Bulgarlar kuşattılar. 1204 yılında kent, Haçlılar tarafından ele geçirildi ve yağmalandı. Bu işgal ve yağma sonrasında ortaçağın en büyük kenti olan İstanbul, 40.000-50.000 nüfuslu harap ve yoksul bir kente dönüşmüştür.
