La ciudad portuaria es rica en yacimientos arqueológicos y son muchos los resquicios históricos que guarda la localidad. Entre los más importantes se encuentran el teatro romano, las casas, el decumano máximo, el augusteum, el anfiteatro y un monumento sepultural, entre otros.Corría el año 209 antes de Cristo. El general romano Publio Cornelio Escipión toma Qart Hadast. Al establecerse la presencia romana en Hispania, Carthago Nova dependió administrativamente de la Hispania Citerior. Más adelante, en tiempos del emperador Diocleciano, Cartagena llegó a ser capital de la provincia romana Carthaginiensis. Tras la caída del Imperio de Occidente y el establecimiento de los reinos bárbaros en España, Cartagena pasó a depender del Imperio de Oriente (Bizancio) durante el reinado de Justiniano I.
El teatro es uno de los principales legados que los romanos dejaron en Cartagena. Su descubrimiento en el año 1990 constituyó uno de los principales acontecimientos de la arqueología en Cartagena. Situado en la ladera occidental del cerro de la Concepción, la colina más elevada de las cinco que configuraban la topografía antigua de la ciudad, propició, además de una excelente acústica, la construcción del graderío que se asienta sobre la roca recortada del monte, recubierto posteriormente con losas de caliza gris. Su aforo máximo está estimado en 6.000 espectadores.
Las casas romanas también tienen presencia en Cartagena. La denominada Casa de la Fortuna ofrece una panorámica de la vida doméstica en el periodo romano a través de las diferentes salas que conforman su estructura. En ella se pueden observar el tablinum o sala de representación, las cubicula o dormitorios, el triclinium donde se celebraban los banquetes, o el atrium, entre otros.
El decumano es un conjunto arquitectónico ubicado en la actual Plaza de los Tres Reyes. En él, el visitante puede rememorar la vida en la calle de una ciudad romana: el bullicio de sus tiendas bajo el pórtico, el trasiego durante el día en las termas, el ir y venir de la gente entre el puerto y el foro. El Decumano Máximo era en la antigüedad una de las principales arterias de la ciudad: una calzada que unía la zona portuaria con el foro.
El Augusteum, ubicado en la calle Caballero, es una construcción de carácter público. En él se reunían, en tiempos de Augusto, los sacerdotes que rendían culto al emperador. En la antigüedad, era el lugar donde se asentaba la zona más importante de Carthago Nova, su centro administrativo, comercial y religioso. Allí se erigían los edificios más significativos. El Augusteum constituye una auténtica joya arquitectónica y un verdadero testimonio de la estructura arquitectónica y social de una ciudad que ostentó un lugar de privilegio en la época áurea del Imperio Romano.
El anfiteatro es un gran edificio de espectáculos, construido (en una primera fase) a mediados del siglo I antes de Cristo. Este edificio es, junto a Torreciega el monumento cartagenero de la antigüedad más conocido y que mayor atención mereció entre los eruditos y estudiosos, ya que sus estructuras quedaron visibles hasta la construcción, entre el año 1853 y 1854, de la plaza de toros. Se trataría de una construcción de planta elíptica que tendría una capacidad entre 10.000 y 11.000 espectadores.
La Torre Ciega es un monumento sepulcral turriforme y constituye el único resto monumental que ha llegado hasta nuestros días de la necrópolis romana que se situaba junto a la vía que desde Carthago Nova se dirigía hacia Tarragona por la costa.