Londinium fue establecida como ciudad por los romanos alrededor de siete años después de la invasión del año 43. Los primeros romanos ocuparon un área relativamente pequeña, aproximadamente el tamaño del actual parque de Hyde Park. En torno al año 60, esta pequeña ciudad fue destruida por Iceni, liderado por su reina Boudica. Sin embargo, la ciudad se reconstruyó rápidamente con planificación romana y se creció recuperándose en las siguientes décadas. Durante el siglo II, Londinium estuvo en su  mayor apogeo y reemplazó a Colchester como capital la Gran Bretaña Romana (Britania). Su población era alrededor de 60.000 habitantes.

La ciudad presumía de tener importante edificios públicos, incluyendo la basílica más grande al norte de los Alpes, templos, baños, un anfiteatro y un gran fuerte para guarnecer a la ciudad. La inestabilidad política y la recesión a partir del siglo III hicieron que Londinium declinara lentamente.

En algún momento entre los años 190 y 225 d.C. los romanos construyeron la muralla defensiva de Londres. La muralla tenía alrededor de 3 kilómetros de largo, 6 metros de alto y unos 2.5 metros de espesor.

A finales del siglo III, Londinium fue asaltada en varias ocasiones por los piratas sajones. Esto condujo, a partir del año 225, a la construcción de una muralla adicional en la parte del río. Esta muralla sobrevivió durante unos 1.600 años y define el perímetro de Londres durante los siguientes siglos. Seis de las siete entradas tradicionales de Londres son de origen romano, las cuales se llaman Ludgate, Newgate, Aldersgate, Cripplegate, Bishopsgate y Alégate (Moorgate es la excepción, ya que es de origen medieval).

En el siglo V el imperio Romano estaba realmente en decadencia, y en el año 410 d.C. la ocupación romana de Gran Bretaña llegó a su fin. Después de esto, la ciudad romana también entró en declive y antes de que finalizara el siglo fue prácticamente abandonada.