El emperador romano Diocleciano ordena la destrucción de la iglesia cristiana en Nicomedia, comenzando ocho años de persecución diocleciana.
La persecución de Diocleciano o Gran fue la última y más severa persecución de los cristianos en el Imperio Romano. En 303, los emperadores Diocleciano, Maximiano, Galerio y Constancio emitieron una serie de edictos rescindiendo los derechos legales de los cristianos y exigiendo que cumplieran con las prácticas religiosas tradicionales. Edictos posteriores se dirigieron al clero y exigieron un sacrificio universal, ordenando a todos los habitantes sacrificar a los dioses. La persecución varió en intensidad a lo largo del imperio, más débil en la Galia y Britania, donde solo se aplicó el primer edicto, y más fuerte en las provincias orientales. Las leyes persecutorias fueron anuladas por diferentes emperadores (Galerio con el Edicto de Serdica en 311) en diferentes momentos, pero el Edicto de Milán de Constantino y Licinio (313) ha marcado tradicionalmente el final de la persecución.
Los cristianos habían sido objeto de discriminación local intermitente en el imperio, pero los emperadores anteriores a Diocleciano se mostraron reacios a promulgar leyes generales contra el grupo religioso. En la década de 250, bajo los reinados de Decio y Valeriano, los súbditos romanos, incluidos los cristianos, se vieron obligados a sacrificar a los dioses romanos o enfrentar el encarcelamiento y la ejecución, pero no hay evidencia de que estos edictos tuvieran la intención específica de atacar al cristianismo. Después de la adhesión de Galieno en 260, estas leyes quedaron en suspenso. La asunción al poder de Diocleciano en 284 no marcó un cambio inmediato en la falta de atención imperial hacia el cristianismo, pero sí anunció un cambio gradual en las actitudes oficiales hacia las minorías religiosas. En los primeros quince años de su gobierno, Diocleciano purgó el ejército de cristianos, condenó a muerte a los maniqueos y se rodeó de opositores públicos al cristianismo. La preferencia de Diocleciano por un gobierno activista, combinada con su imagen de sí mismo como restaurador de la pasada gloria romana, presagiaba la persecución más generalizada en la historia de Roma. En el invierno de 302, Galerio instó a Diocleciano a iniciar una persecución general de los cristianos. Diocleciano desconfiaba y pidió orientación al oráculo de Apolo en Dídima. La respuesta del oráculo se leyó como un respaldo a la posición de Galerio, y se convocó una persecución general el 23 de febrero de 303.
Las políticas persecutorias variaron en intensidad en todo el imperio. Mientras que Galerio y Diocleciano eran ávidos perseguidores, Constancio no estaba entusiasmado. Los edictos persecutorios posteriores, incluidos los llamados al sacrificio universal, no se aplicaron en su dominio. Su hijo, Constantino, al asumir el cargo imperial en 306, restauró a los cristianos a la plena igualdad legal y devolvió las propiedades que habían sido confiscadas durante la persecución. En Italia, en 306, el usurpador Majencio expulsó al sucesor de Maximiano, Severo, prometiendo total tolerancia religiosa. Galerio puso fin a la persecución en Oriente en 311, pero su sucesor, Maximino, la reanudó en Egipto, Palestina y Asia Menor. Constantino y Licinio, el sucesor de Severo, firmaron el Edicto de Milán en 313, que ofrecía una aceptación más completa del cristianismo que la que había proporcionado el edicto de Galerio. Licinio expulsó a Maximino en 313, poniendo fin a la persecución en Oriente.
La persecución no logró detener el surgimiento de la Iglesia. Hacia el año 324, Constantino era el único gobernante del imperio y el cristianismo se había convertido en su religión favorita. Aunque la persecución resultó en la muerte, tortura, encarcelamiento o dislocación de muchos cristianos, la mayoría de los cristianos del imperio evitaron el castigo. Sin embargo, la persecución provocó que muchas iglesias se dividieran entre quienes habían cumplido con la autoridad imperial (los traditores) y quienes habían permanecido "puros". Ciertos cismas, como los de los donatistas en el norte de África y los melitianos en Egipto, persistieron mucho después de las persecuciones. Los donatistas no se reconciliarían con la Iglesia hasta después del 411. Algunos historiadores consideran que, en los siglos que siguieron a la era persecutoria, los cristianos crearon un "culto a los mártires", y exageraron la barbarie de las persecuciones. Otros historiadores que utilizan textos y evidencias arqueológicas de la época afirman que esta posición es errónea. Los relatos cristianos fueron criticados durante la Ilustración y después, sobre todo por Edward Gibbon. Esto se puede atribuir al tenor político anticlerical y secular de ese período. Los historiadores modernos, como G. E. M. de Ste. Croix, han intentado determinar si las fuentes cristianas exageraron el alcance de la persecución de Diocleciano, pero continúan los desacuerdos.
El emperador romano fue el gobernante del Imperio Romano durante el período imperial (comenzando con la concesión del título de augusto a Octavio en el 27 a. C.). Los emperadores utilizaron una variedad de títulos diferentes a lo largo de la historia. A menudo, cuando se describe a un romano determinado como "emperador" en inglés, refleja su toma del título augustus (y más tarde basileus). Otro título que se usaba a menudo era el de césar, usado para herederos aparentes e imperator, originalmente un honorífico militar. Los primeros emperadores también usaron el título princeps civitatis ('primer ciudadano'). Los emperadores con frecuencia acumularon títulos republicanos, en particular princeps senatus, cónsul y pontifex maximus.
La legitimidad del gobierno de un emperador dependía de su control del ejército y del reconocimiento por parte del Senado; un emperador normalmente sería proclamado por sus tropas, o investido con títulos imperiales por el Senado, o ambos. Los primeros emperadores reinaron solos; los emperadores posteriores a veces gobernaban con co-emperadores y dividían la administración del imperio entre ellos.
Los romanos consideraban que el cargo de emperador era distinto del de rey. El primer emperador, Augusto, rechazó resueltamente el reconocimiento como monarca. Durante los primeros trescientos años de los emperadores romanos, desde Augusto hasta Diocleciano, se hicieron esfuerzos para retratar a los emperadores como líderes de la república, temiendo cualquier asociación con los reyes de Roma antes de la República.
Desde Diocleciano, cuyas reformas tetrárquicas también dividieron la posición en un emperador en Occidente y otro en Oriente, hasta el final del Imperio, los emperadores gobernaron en un estilo abiertamente monárquico y no preservaron el principio nominal de una república, pero el contraste con "reyes" se mantuvo: aunque la sucesión imperial era generalmente hereditaria, solo era hereditaria si había un candidato adecuado aceptable para el ejército y la burocracia, por lo que no se adoptó el principio de herencia automática. Los elementos del marco institucional republicano (senado, cónsules y magistrados) se conservaron incluso después del final del Imperio Occidental.
El reinado de Constantino el Grande fue testigo del traslado del Caput Mundi de Roma a Constantinopla, antes conocida como Bizancio, en el año 330 d.C. El Imperio Romano de Occidente colapsó a fines del siglo V después de múltiples invasiones del territorio imperial por parte de tribus bárbaras germánicas. A menudo se considera que Rómulo Augústulo fue el último emperador de Occidente, hasta su abdicación forzada en 476, aunque Julio Nepote mantuvo un reclamo reconocido por el Imperio de Oriente al título hasta su muerte en 480. Tras la muerte de Nepote, el emperador de Oriente Zeno abolió la división del cargo y se proclamó a sí mismo como el único emperador de un Imperio Romano reunificado. Los emperadores orientales posteriores que gobernaron desde Constantinopla continuaron llamándose a sí mismos "Emperador de los romanos" (más tarde βασιλεύς Ῥωμαίων en griego), pero a menudo se los conoce en los estudios modernos como emperadores bizantinos. Constantino XI Palaiologos fue el último emperador romano en Constantinopla, muriendo durante la caída de Constantinopla ante el Imperio Otomano en 1453.
Los emperadores "bizantinos" desde Heraclio en 629 en adelante adoptaron el título monárquico de basileus (βασιλεύς), que se convirtió en un título reservado únicamente para el emperador romano y el gobernante del Imperio Sasánida. A otros gobernantes se les llamaba entonces rēgas. Además de su cargo pontificio, a algunos emperadores se les otorgó el estatus divino después de su muerte. Con la eventual hegemonía del cristianismo, el emperador llegó a ser visto como el gobernante elegido por Dios, así como un protector y líder especial de la Iglesia cristiana en la Tierra, aunque en la práctica la autoridad de un emperador en asuntos de la Iglesia estaba sujeta a desafíos.
Debido a la ruptura cultural de la conquista turca, la mayoría de los historiadores occidentales tratan a Constantino XI como el último pretendiente significativo al título de emperador romano. Desde 1453, uno de los títulos utilizados por los sultanes otomanos fue "César de Roma" (en turco: Kayser-i Rum), parte de sus títulos hasta que el Imperio Otomano terminó en 1922. Existía en el Imperio un grupo bizantino de emperadores romanos pretendientes. de Trebisonda hasta su conquista por los otomanos en 1461, aunque habían usado un título modificado desde 1282.
Los emperadores orientales en Constantinopla habían sido reconocidos y aceptados como emperadores romanos tanto en Oriente, que gobernaban, como por el papado y los reinos germánicos de Occidente hasta la deposición de Constantino VI y el acceso al trono de Irene de Atenas como emperatriz reinante en 797. a una mujer que gobierna el Imperio Romano por derecho propio y tiene problemas con el clero oriental, el Papado crearía entonces un linaje rival de emperadores romanos en Europa occidental, los Emperadores del Sacro Imperio Romano Germánico, que gobernaron el Sacro Imperio Romano Germánico durante la mayor parte del período entre 800 y 1806. Estos emperadores nunca fueron reconocidos como emperadores romanos por la corte de Constantinopla y sus coronaciones dieron como resultado el problema medieval de dos emperadores.