En 122 av. J.-C., les Romains annexent la région qui sera intégrée dans la colonie Narbonnaise créée en 118 av. J.-C. Les Romains sont déjà bien connus, car depuis deux cents ans leurs marchands parcourent la région. Sous la Pax Romana la petite cité gallo-romaine de Carcaso, devenue chef-lieu de la colonie Julia Carcaso, prospère sans doute grâce au commerce du vin et à son implantation sur les voies de communication : elle jouxte la voie romaine qui va de Narbonne à Toulouse tandis que les bateaux à fond plat circulent sur l’Atax au pied de l’oppidum. Ce dernier est agrandi par remblayage et les rues et ruelles forment un plan orthogonal, mais aucun lieu public ni monument de culte n’est actuellement connu. Au pied de l’oppidum, une agglomération s’étend le long de la voie romaine.

À partir du iii^e siècle, la ville se retranche derrière une première série de remparts. En 333 apr. J.-C., des textes d’un pèlerin mentionnent le castellum de Carcassonne. Ces remparts sont encore visibles dans certaines parties de l’enceinte et servent de soubassements aux actuelles murailles. Les tours de la Marquière, de Samson et du Moulin d’Avar sont les témoins en partie intacts de cette enceinte primitive. Cette muraille protège la Cité des attaques extérieures tout en permettant de contrôler les passages sur la voie romaine située en contrebas.