Amb la frase Tarraco Escipionum opus ("Tàrraco fou obra dels Escipions"), Plini, a finals del segle I dC, ens remuntà al moment fundacional de la ciutat. En efecte, Tàrraco sorgeix arran de l'arribada dels exèrcits romans a la Península Ibèrica el 218 aC, en el marc de la confrontació bèl·lica entre romans i cartaginesos, l'anomenada Segona Guerra Púnica. Aquest cos expedicionari romà va desembarcar a la ciutat grega d'Empòrion per dirigir-se ràpidament des d'allà cap al sud amb la finalitat de controlar les terres al nord de l'Ebre. Les tropes romanes estaven comandades per Gneu Escipió, al qual s'hi va afegir, un any més tard, el seu germà Publi Corneli. Gneu, després de vèncer en un primer combat els cartaginesos, va deixar una petita guarnició que poc temps després es va transformar en la principal base militar romana a Hispània i a la ciutat de Tàrraco. Aquest primer assentament romà es trobava molt pròxim a un oppidum ibèric fundat a final del segle V aC i arqueològicament documentat recentment.

La ciutat republicana de Tàrraco va ser possiblement un nucli bifocal, amb el campament militar a la part alta i l'àrea residencial a l'entorn del poblat ibèric i el port. La consolidació urbana va ser ràpida. La presència militar estable va comportar l'arribada no només de soldats, sinó també de comerciants i ciutadans romans que van veure Hispània com una terra que els oferia noves oportunitats. Però l'arribada dels romans no tan sols va suposar l'arribada de gent, sinó també d'influències i d'una nova cultura que, amb el temps, va acabar per imposar-se amb més o menys èxit, segons la zona, a tota la Península Ibèrica. Una de les principals infrastructures sobre les quals es va cimentar Tàrraco fou, sense cap dubte, el port.

Malgrat tot, l'edificació romana més antiga i més ben conservada d'època republicana és la muralla. En un primer moment hem d'imaginar-nos-la com una simple palissada de fusta que degué protegir la guarnició militar. La victòria romana sobre els cartaginesos i la incorporació d'Hispània a l'Estat romà va accelerar el procés de consolidació de les defenses. La construcció de la primera muralla de pedra, datada arqueològicament a inicis del segle II aC, s'ha relacionat amb la divisió provincial de 197 aC.

L'opinió més estesa és que, a l'entorn del període comprès entre els anys 150 i 125 aC, la muralla va patir una transformació important i va créixer en extensió, alçada i amplada. D'aquesta manera va passar a encerclar el nucli urbà.

Tàrraco va créixer de forma accelerada durant els segles II i I aC, i es va convertir, juntament amb Cartago Nova, en la ciutat més important de la Hispània Citerior. Cèsar hi va reunir els seus llegats durant la guerra civil contra Pompeu. Gràcies a la lleialtat mostrada pels tarragonins, Cèsar li concedí el títol de Colònia.

Va ser durant els anys 26 i 25 aC quan Tàrraco va adquirir una rellevància més gran com a ciutat, en convertir-se en la capital del món romà. En efecte, durant aquests anys, August va residir a la ciutat i hi va dirigir les campanyes contra càntabres i àsturs. Gràcies a la presència militar, Tàrraco es va consolidar com a capital de la Hispània Citerior, i va rebre un fort impuls urbanístic, una mostra del qual és el teatre i la monumentalització del fòrum local.

Durant el segle I aC la ciutat va créixer i es va consolidar. L'any 68, Neró va ser assassinat. Es va iniciar un període de convulsions en tot l'Imperi per una sagnant guerra civil. El general romà Galba va ser nomenat emperador per les legions romanes hispanes, mentre que en altres parts de l'Imperi van sorgir altres pretendents a emperador. Mort Galba, les províncies hispanes van donar suport a Vespasià, que va ser qui finalment va arribar al poder. S'iniciava així la dinastia flàvia i un moment de gran esplendor per a les províncies hispanes. Gràcies al suport prestat a la causa, Vespasià els concedí els Ius Latii, a l'entorn de l'any 73. A partir d'aquell moment tots els hispans foren considerats ciutadans romans de ple dret amb tot el que això significava. Així mateix, els nuclis més importants de població, molts dels quals encara mantenien l'estatus sorgit en el moment de la conquesta, es van convertir en municipis. Tot això va comportar la necessitat de crear una nova administració que s'adeqüés a aquesta nova realitat. Van sorgir així, sobre la base creada per August, unes importants xarxes administratives que tenien com a nuclis rectors les capitals provincials. D'aquesta manera, Tàrraco, com a capital de la Hispània Tarraconensis o Citerior, va disposar de dos fòrums: un de colonial i un altre de provincial. Al fòrum provincial se li va afegir uns anys més tard el circ, i es va completar el conjunt municipal estatal.

Durant el segle II la ciutat va arribar a la màxima esplendor gràcies a la construcció del darrer dels grans edificis d'entreteniment: l'amfiteatre.

Tàrraco, com la majoria de centres urbans d'Hispània, va ser objecte de les incursions que els francs realitzaren a mitjans del segle III. Segons ens relaten les fonts, i sembla que ho corrobora l'arqueologia, la ciutat va ser devastada l'any 260 dC, i en va resultar especialment afectada la zona d'hàbitat. Després d'un període d'incertesa que es va prolongar durant bona part del segle III, la ciutat va recobrar el seu dinamisme a partir, especialment, de la recuperació general que va suposar l'adveniment al poder de Dioclecià i de la tetrarquia que es va establir l'any 285. A partir d'aquesta data i amb continuïtat durant la primera meitat del segle IV, la ciutat es va revitalitzar tal com ho manifesta la construcció de nous edificis públics, el manteniment dels espectacles, l'amfiteatre o la restauració d'edificis públics d'època de l'Alt Imperi. Amb tot, Tàrraco no es va escapar de la dinàmica de transformació social, política i econòmica que va alterar la fisonomia de molts centres urbans d'occident.

Un element imprescindible per a la ciutat tardana de Tàrraco va ser sens dubte el cristianisme i la seva implantació. S'han transmès fins avui les actes martirials del bisbe Fructuós i els diaques Auguri i Eulogi, que foren objecte de persecució i mort l'any 259. El lloc de la sepultura es va acabar convertint en el centre eclesiàstic de Tàrraco, a partir del segle V, amb la construcció d'una gran basílica funerària amb edificis annexos, entre els quals hi havia un baptisteri. Aquesta església, emplaçada als antics suburbis de Tàrraco i amb proximitat al riu Francolí, va generar la construcció d'altres edificis eclesiàstics, com una segona basílica, molt propera a la primera, que disposava d'un atri i edificis agraris que s'hi vinculaven. L'anomenada necròpoli paleocristiana que rodeja l'àrea constitueix un dels conjunts funeraris cristians més ben documentats de l'Europa occidental. Tot aquest suburbi cristià va acabar esdevenint un centre important i dinàmic de Tàrraco.

La documentació escrita des de l'inici del segle V ens mostra una Tàrraco que mantenia estructures socials complexes, en la qual el bisbe metropolità era el defensor de l'ordre establert en un imperi en què Christianitas era sinònim de romanitas. Cal destacar, a més, la presència a la ciutat del comes Hispanorum.

Tàrraco va continuar sent una de les principals metròpolis hispanes durant la monarquia visigoda, fins que el panorama va canviar radicalment amb la conquesta de la ciutat per part d'exèrcits islàmics cap a l'any 713 i la seva incorporació a Al-Àndalus. A partir d'aquest moment la ciutat va entrar en un llarg i obscur període que no va concloure fins a la conquesta impulsada pels comtes catalans al segle XII i que va suposar el restabliment de la seu metropolitana a Tarragona.