O imperador romano Diocleciano ordena a destruição da igreja cristã em Nicomédia, iniciando oito anos de perseguição de Diocleciano.
A Diocleciano ou Grande Perseguição foi a última e mais severa perseguição aos cristãos no Império Romano. Em 303, os imperadores Diocleciano, Maximiano, Galério e Constâncio emitiram uma série de decretos rescindindo os direitos legais dos cristãos e exigindo que eles obedecessem às práticas religiosas tradicionais. Editais posteriores visavam o clero e exigiam sacrifício universal, ordenando que todos os habitantes sacrificassem aos deuses. A perseguição variou em intensidade no império mais fraco na Gália e na Grã-Bretanha, onde apenas o primeiro édito foi aplicado, e mais forte nas províncias orientais. As leis persecutórias foram anuladas por diferentes imperadores (Galério com o Édito de Sérdica em 311) em momentos diferentes, mas o Édito de Milão de Constantino e Licínio (313) tradicionalmente marcou o fim da perseguição.
Os cristãos estavam sujeitos a discriminação local intermitente no império, mas os imperadores anteriores a Diocleciano estavam relutantes em emitir leis gerais contra o grupo religioso. Na década de 250, sob os reinados de Décio e Valeriano, súditos romanos, incluindo cristãos, foram obrigados a sacrificar a deuses romanos ou enfrentar prisão e execução, mas não há evidências de que esses decretos fossem especificamente destinados a atacar o cristianismo. Após a ascensão de Galiano em 260, essas leis foram suspensas. A assunção do poder por Diocleciano em 284 não marcou uma reversão imediata da desatenção imperial ao cristianismo, mas anunciou uma mudança gradual nas atitudes oficiais em relação às minorias religiosas. Nos primeiros quinze anos de seu governo, Diocleciano purgou o exército de cristãos, condenou maniqueus à morte e cercou-se de oponentes públicos do cristianismo. A preferência de Diocleciano por um governo ativista, combinada com sua auto-imagem como restaurador da glória romana do passado, prenunciava a perseguição mais difundida na história romana. No inverno de 302, Galério instou Diocleciano a iniciar uma perseguição geral aos cristãos. Diocleciano estava cauteloso e pediu orientação ao oráculo de Apolo em Didyma. A resposta do oráculo foi lida como um endosso da posição de Galério, e uma perseguição geral foi convocada em 23 de fevereiro de 303.
As políticas persecutórias variaram em intensidade em todo o império. Enquanto Galério e Diocleciano eram perseguidores ávidos, Constâncio não estava entusiasmado. Editais persecutórios posteriores, incluindo os apelos ao sacrifício universal, não foram aplicados em seu domínio. Seu filho, Constantino, ao assumir o cargo imperial em 306, restaurou os cristãos à plena igualdade legal e devolveu a propriedade que havia sido confiscada durante a perseguição. Na Itália, em 306, o usurpador Maxêncio derrubou o sucessor de Maximiano, Severo, prometendo total tolerância religiosa. Galério encerrou a perseguição no Oriente em 311, mas foi retomada no Egito, Palestina e Ásia Menor por seu sucessor, Maximino. Constantino e Licínio, sucessor de Severo, assinaram o Edito de Milão em 313, que oferecia uma aceitação mais abrangente do cristianismo do que o edito de Galério havia fornecido. Licínio derrubou Maximino em 313, pondo fim à perseguição no Oriente.
A perseguição não impediu a ascensão da Igreja. Em 324, Constantino era o único governante do império, e o cristianismo tornou-se sua religião favorita. Embora a perseguição tenha resultado em morte, tortura, prisão ou deslocamento para muitos cristãos, a maioria dos cristãos do império evitou a punição. A perseguição, no entanto, fez com que muitas igrejas se dividissem entre aqueles que obedeceram à autoridade imperial (os traditores) e aqueles que permaneceram "puros". Certos cismas, como os dos donatistas no norte da África e os melitianos no Egito, persistiram muito depois das perseguições. Os donatistas só se reconciliariam com a Igreja depois de 411. Alguns historiadores consideram que, nos séculos que se seguiram à era persecutória, os cristãos criaram um "culto dos mártires" e exageraram a barbárie das perseguições. Outros historiadores usando textos e evidências arqueológicas do período afirmam que essa posição está errada. Relatos cristãos foram criticados durante o Iluminismo e depois, principalmente por Edward Gibbon. Isso pode ser atribuído ao teor político anticlerical e secular daquele período. Historiadores modernos, como G. E. M. de Ste. Croix, tentaram determinar se as fontes cristãs exageraram o alcance da perseguição de Diocleciano, mas as divergências continuam.
O imperador romano era o governante do Império Romano durante o período imperial (começando com a concessão do título augusto a Otaviano em 27 aC). Os imperadores usaram uma variedade de títulos diferentes ao longo da história. Muitas vezes, quando um determinado romano é descrito como se tornando "imperador" em inglês, isso reflete sua adoção do título augustus (e depois basileus). Outro título frequentemente usado era césar, usado para herdeiros aparentes, e imperador, originalmente um honorífico militar. Os primeiros imperadores também usavam o título princeps civitatis ('primeiro cidadão'). Os imperadores frequentemente acumulavam títulos republicanos, notadamente princeps senatus, cônsul e pontifex maximus.
A legitimidade do governo de um imperador dependia de seu controle do exército e do reconhecimento pelo Senado; um imperador normalmente seria proclamado por suas tropas, ou investido de títulos imperiais pelo Senado, ou ambos. Os primeiros imperadores reinaram sozinhos; imperadores posteriores às vezes governavam com co-imperadores e dividiam a administração do império entre eles.
Os romanos consideravam o ofício de imperador distinto do de um rei. O primeiro imperador, Augusto, recusou resolutamente o reconhecimento como monarca. Durante os primeiros trezentos anos de imperadores romanos, de Augusto a Diocleciano, foram feitos esforços para retratar os imperadores como líderes da república, temendo qualquer associação com os reis de Roma anteriores à República.
De Diocleciano, cujas reformas tetrarquicas também dividiram o cargo em um imperador no Ocidente e outro no Oriente, até o fim do Império, os imperadores governavam em estilo abertamente monárquico e não preservavam o princípio nominal de uma república, mas o contraste com "reis" foi mantido: embora a sucessão imperial fosse geralmente hereditária, só era hereditária se houvesse um candidato adequado e aceitável para o exército e a burocracia, de modo que o princípio da herança automática não foi adotado. Elementos do quadro institucional republicano (senado, cônsules e magistrados) foram preservados mesmo após o fim do Império Ocidental.
O reinado de Constantino, o Grande, testemunhou a remoção do Caput Mundi de Roma para Constantinopla, anteriormente conhecida como Bizâncio, em 330 dC. O Império Romano do Ocidente entrou em colapso no final do século V após múltiplas invasões do território imperial por tribos bárbaras germânicas. Romulus Augustulus é frequentemente considerado o último imperador do Ocidente, até sua abdicação forçada em 476, embora Júlio Nepos tenha mantido uma reivindicação reconhecida pelo Império do Oriente ao título até sua morte em 480. Após a morte de Nepos, o imperador do Oriente Zenão aboliu a divisão da posição e proclamou-se como o único imperador de um Império Romano reunido. Os imperadores orientais subsequentes que governaram a partir de Constantinopla continuaram a se autodenominar "Imperador dos Romanos" (mais tarde βασιλεύς Ῥωμαίων em grego), mas são frequentemente referidos na erudição moderna como imperadores bizantinos. Constantino XI Paleólogo foi o último imperador romano em Constantinopla, morrendo durante a queda de Constantinopla para o Império Otomano em 1453.
Os imperadores "bizantinos" de Heráclio em 629 em diante adotaram o título monárquico de basileus (βασιλεύς), que se tornou um título reservado exclusivamente ao imperador romano e ao governante do Império Sassânida. Outros governantes foram então referidos como rēgas. Além de seu cargo pontifício, alguns imperadores receberam status divino após a morte. Com a eventual hegemonia do cristianismo, o imperador passou a ser visto como o governante escolhido por Deus, bem como um protetor especial e líder da Igreja Cristã na Terra, embora na prática a autoridade do imperador em assuntos da Igreja estivesse sujeita a contestação.
Devido à ruptura cultural da conquista turca, a maioria dos historiadores ocidentais tratam Constantino XI como o último pretendente significativo ao título de imperador romano. A partir de 1453, um dos títulos usados pelos sultões otomanos era "César de Roma" (em turco: Kayser-i Rum), parte de seus títulos até o fim do Império Otomano em 1922. Um grupo bizantino de imperadores romanos reivindicantes existia no Império de Trebizonda até sua conquista pelos otomanos em 1461, embora tenham usado um título modificado desde 1282.
Os imperadores orientais em Constantinopla foram reconhecidos e aceitos como imperadores romanos tanto no Oriente, que governavam, quanto pelo papado e pelos reinos germânicos do Ocidente até a deposição de Constantino VI e a ascensão de Irene de Atenas como imperatriz reinante em 797. Objeção para uma mulher governando o Império Romano por direito próprio e problemas com o clero oriental, o Papado criaria então uma linhagem rival de imperadores romanos na Europa Ocidental, os Sacro Imperadores Romanos, que governaram o Sacro Império Romano durante a maior parte do período entre 800 e 1806. Esses imperadores nunca foram reconhecidos como imperadores romanos pela corte de Constantinopla e suas coroações resultaram no problema medieval de dois imperadores.