William J. MacDonald e John Milius apresentaram inicialmente a ideia à HBO como uma minissérie, mas a emissora decidiu transformá-la numa série completa.
Em 2002, a HBO e a BBC concordaram em coproduzir a série, com um orçamento de cerca de 100-110 milhões de dólares para doze episódios de uma hora, sendo a HBO responsável por 85 milhões e a BBC por 15 milhões, tornando-se a maior coprodução da BBC com o mercado cinematográfico americano até então.
Os criadores quiseram fugir da estética 'Hollyrome' associada a outros filmes sobre Roma, evitando a limpeza excessiva, o mármore reluzente e as togas impecavelmente passadas, optando por uma visão mais suja e realista da cidade.
A série foi filmada entre março de 2004 e maio de 2005 nos estúdios de Cinecittà, em Roma, numa coprodução com a Rai Fiction, envolvendo uma equipe internacional de 350 pessoas e mais de 50 estagiários italianos.
Parte do enorme cenário construído em Cinecittà, que recriava fóruns, vilas romanas e favelas antigas, foi destruída por um incêndio que atingiu os estúdios em 2007, pouco depois do fim das gravações da segunda temporada.
Uma parte do cenário reaproveitado em Cinecittà foi posteriormente usada pela equipe de Doctor Who para filmar o episódio 'The Fires of Pompeii' da quarta temporada, no final de 2007.
Segundo os comentários em áudio do DVD da primeira temporada, muitos figurantes exerciam na vida real as mesmas profissões mostradas na série, como um ator que trabalhava como açougueiro nas ruas de Roma e que também era açougueiro de profissão.
A série foi filmada com a câmera profissional Panasonic SDX 900 DVCPro 50 em formato widescreen progressivo a 25 quadros por segundo, escolhida por dispensar monitor externo para o foco preciso, o que agilizava as filmagens.
A BBC reeditou os três primeiros episódios da primeira temporada, dirigidos por Michael Apted, condensando-os em apenas dois, alegando que o público britânico já conhecia a história romana; Apted, porém, acusou a emissora de ter feito isso para aumentar a proeminência das cenas de sexo e violência e disse ter descoberto o corte por acaso, através de um dos atores.
Na Itália, a dublagem removeu a linguagem forte e substituiu cenas de sexo explícito e violência por versões alternativas 'seguras', filmadas especialmente para o mercado italiano durante a produção; a versão completa só foi exibida no canal Rai 4 a partir de setembro de 2009.
O jornal italiano Corriere della Sera classificou a série como 'um exemplo primoroso de desinformação histórica', chamando a atuação de Ciarán Hinds (Júlio César) de 'paródia' e descrevendo o relacionamento entre Atia e Marco Antônio como 'ridículo'.
A HBO gastou cerca de 10 milhões de dólares para promover a série, incluindo uma parceria com o navegador Mozilla Firefox, para o qual foi criado um tema personalizado de Roma para download.
A HBO cancelou a série após a segunda temporada devido aos altos custos de produção; o roteirista Bruno Heller revelou que o plano original previa cinco temporadas, com a terceira e quarta se passando no Egito e a quinta abordando o surgimento do Messias na Palestina, mas por saber antecipadamente do cancelamento, ele condensou o material das temporadas 3 e 4 na segunda temporada, o que explica o ritmo acelerado do final da série.
Após o fim da série, houve planos para um filme de Roma, com Bruno Heller trabalhando no roteiro para a produtora Morning Light Productions e o ator Kevin McKidd confirmando que interpretaria novamente Lúcio Voreno, mas o projeto acabou estagnado.
O compositor Jeff Beal foi convidado a participar de uma audição para compor a trilha sonora após concluir seu trabalho na série Carnivàle da HBO; a partir de um pequeno trecho do sétimo episódio da primeira temporada, ele optou por compor e gravar com instrumentos ao vivo de todo o mundo romano antigo, para atingir o clima 'pré-cristão' desejado pelo roteirista-chefe Bruno Heller.
