Rome n’avait pas ressenti le besoin d’entourer sa ville de fortifications depuis la muraille servienne datant du IVe siècle av. J.-C, qui avait été rapidement dépassée au fur et à mesure de l’urbanisation de la ville. Elle considérait que ses légions assuraient sa défense. Aurélien entreprend toutefois la construction d’une muraille en 271 ap. J.-C. devant les pressions barbares aux frontières de l’Empire.
La muraille construite par l’empereur Aurélien (270 ap. J.-C. – 275 ap. J.-C.) fut commencée en 271 ap. J.-C. afin de protéger Rome des invasions barbares. La première enceinte de Rome, la Muraille Servienne , qui remonte à l’époque royale, avait été depuis longtemps dépassée, mais Rome ne ressentait pas le besoin de construire une nouvelle fortification. Ses légions réparties autour du bassin méditerranéen la protégeaient. La situation changea au IIIe siècle ap. J.-C., du fait d’une pression barbare de plus en plus pressante. Aurélien construisit donc une nouvelle muraille de 18,837 km, qui englobait cette fois la majeure partie de la Ville.
La construction, qui dura une dizaine d’années, fut réalisée simultanément par différentes équipes. La muraille fut construite en opus caementicium (“béton romain”) avec parement de briques. Le mur mesurait en moyenne 7,8 m (26 pieds) de haut pour 3,5 m de large. Il était couronné d’un muret mesurant 1 m de haut surmonté de merlons espacés de 3 m et mesurant 60 cm de haut. Une tour carrée fut placée tous les 30 m, en saillie de 3,50 m par rapport à la muraille. Les tours de l’époque aurélienne possédaient quatre grandes fenêtres, deux donnant sur l’extérieur et une de chaque côté. Ces fenêtres ouvraient sur une chambre de tir. Il existait trois types de portes permettant d’entrer dans la Ville. Le premier type concerne les portes majeures. Il consiste en une double arche encadrée par deux tours semi-circulaires. Entre celles-ci, le chemin de ronde est remplacé par une galerie couverte et percée de fenêtres. Un parement de travertin recouvre la porte. Le deuxième type présente les mêmes caractéristiques mais avec une seule arche. Le troisième ne comprend qu’une arche sans tours de flanquement ni revêtement de travertin. Toutes ces portes sont fermées à l’extérieur par une porte à double battant et à l’intérieur, par une herse.
Une première restauration intervint à l’époque de Maxence. Selon le Chronographe de 354, Maxence commença la construction d’un fossé au pied de la muraille mais il ne put l’achever. Il semble qu’il entreprit également la modification de la muraille en elle-même. Par endroits, on peut voir, entre la phase d’Aurélien et la phase d’Honorius, un travail effectué en blocs de tuf et en briques. La modification concerna sans doute le parapet et les merlons. Ces derniers devinrent alors plus grands : 90 cm de haut pour 75 cm de large. Leur espacement fut réduit également jusqu’à varier entre 75 cm et 1,5 m au lieu des trois mètres initiaux.
La seconde restauration, en fait une véritable refonte, date des années 401-402, sous Honorius. Elle fut réalisée à l’instigation de Stilicon, le maître de la milice. Elle visait à adapter la muraille aux nouvelles exigences tactiques d’une époque troublée par les incursions des Wisigoths, menés par Alaric. La première étape des travaux consista à déblayer la couche de gravats qui s’était accumulée au pied des remparts en un siècle (C.I.L. VI, 1188). Ensuite, on suréleva le mur d’enceinte et les tours qui mesuraient désormais près du double de leur hauteur originelle. On construisit un chemin de ronde couvert, ouvert vers l’intérieur de la Ville. Des meurtrières furent percées dans cette nouvelle partie. Les tours, couvertes par un toit de tuiles, possédaient une deuxième chambre de tir. Les portes à double arche furent réduites à une seule arche. On aménagea également des contre-portes fortifiées faisant de chaque entrée un fortin autonome.
Les travaux d’Honorius n’empêchèrent pourtant pas la prise et le sac de Rome en 410 par les troupes d’Alaric qui entrèrent par la porta Salaria. En 440, les empereurs Théodose II et Valentinien III ordonnèrent la restauration de la muraille. La ville fut de nouveau prise en 455 par les Vandales de Genséric puis en 472. Théodoric, roi des Ostrogoths, entreprit une autre restauration au début du VIe siècle. Au cours des guerres gothiques du milieu du VIe siècle, la muraille subit de nombreux dégâts et elle fut plusieurs fois restaurée. Dans le De Bello Gothico, Procope de Césarée fait de nombreuses allusions au siège de Rome et à la muraille. Bélisaire la remit en état en 536. Les merlons furent modifiés et un fossé fut creusé pour empêcher les machines de guerre d’approcher trop près. La zone comprise entre la porta Flaminia et la porta Prenestina fut renforcée. Mais, en 546, les Goths de Totila prirent la ville et détruisirent certains tronçons de l’enceinte. Totila s’empara de nouveau de la ville en 549 et ce n’est qu’en 552 que Narsès, successeur de Bélisaire, chassa les Goths définitivement de Rome et d’Italie. Il entreprit à cette période une ultime restauration de la muraille.