Kota ini didirikan atas tapak sebuah kota yang sudah ada sebelumnya iaitu Bizantium merangkumi pesisiran darat dari Eropah ke Asia dan laluan antara Laut Hitam ke Laut Mediterania dengan sebuah pelabuhan yang besar dan masyhur di Tanduk Emas; ia didirikan pada permulaan masa peluasan kuasa orang-orang Yunani Megara pada 657 SM.[9]

324–337 M: Pembinaan semula kota Constantinopolis

Maharaja Constantinus I yang memerintah Empayar Rom Timur memiliki perancangan hebat dalam segala bidang. Setelah memulihkan kesatuan kerajaan, dan karena sedang melakukan reformasi besar dalam pemerintahan serta mensponsori konsolidasi masyarakat Kristian yang sangat ditindas pada zaman-zaman sebelumnya, dia sungguh-sungguh sadar akan keterbatasan Roma sebagai sebuah ibu kota. Roma terlalu jauh dari garis-garis perbatasan, dan oleh karena itu jauh pula dari angkatan bersenjata dan dewan kerajaan. Roma tidak diminati sebagai lahan bermain bagi para politisi yang berseberangan dengan pemerintah. Tetapi Roma telah menjadi ibu kota negara selama seribu tahun, dan tampak tak terpikirkan untuk memindahkan ibu kota ke tempat lain. Meskipun demikian, Constantinus melihat Bizantium sebagi lokasi yang tepat untuknya bertakhta dengan adanya ciir pertahanan yang matang, dan memiliki kemudahan akses ke sungai-sungai Danube dan Furat tempat mendapatkan bekalan makanan dari kebun ladang yang subur dan bengkel-bengkel yang canggih di Asia lalu dapat diisi di perbendaharaan diraja.

Kota baharu ini yang diberi nama Constantinopolis (nama bahasa Latin dituturkan kerajaan itu) dibangun selama enam tahun, dan diresmikan pada 11 Mei 330.[10] Constantinus membahagi kota yang diperluas itu, seperti Roma, menjadi 14 kawasan, dan mendandaninya dengan kemudahan-kemudahan layak bagi sebuah metropolis kerajaan.[11] Akan tetapi, mula-mula, Roma baru Constantinus tidak memiliki semua kemuliaan Roma lama; kota ini ditadbir seorang proconsul, bukannya seorang prefaector tanpa kakitangan praetor, tribunus, ataupun quaestor. Para senatonya hanya bergelar clarus, bukan clarissimus, seperti di Roma. Constantinopolisjuga tidak memiliki jajaran administratif yang mengatur bekalan sumber makanan, tenaga kerja penjaga perbandaran, patung-patung, kuil-kuil, saluran-saluran kumbahan dan air bersih, atau kemudahan umum lainnya. Program baru pembangunan diselenggarakan dengan tergesa-gesa: Tiang-tiang, pualam-pualam, daun-daun pintu, dan ubin-ubin dipindahkan secara langsung dari kuil-kuil kerajaan ke kota baru itu. Dengan cara yang sama, banyak karya seni Yunani dan Romawi segera terlihat di alun-alun dan jalan-jalan. Baginda maharaja turut mendorong pendirian bangunan-bangunan pribadi dengan cara menjanjikan kepada para pemilik bangunan hadiah lahan dari tanah negara di Asiana dan Pontica, dan pada 18 Mei 332 beliau mengumumkan bahawa bekalan makanan akan disalurkan secara percuma kepada warga kota sebagaimana halnya di Roma. Konon saat itu jumlahnya mencapai 80,000 ransum sehari, disalurkan dari 117 titik agihan di seluruh kota.[12]

Constantinus membuka alun-alun baru di pusat kota tua Bizantium, menamakannya Augustaeum. Dewan senat (atau Curia) yang baru ditempatkan di sebuah basilika di sebelah timur alun-alun. Di sebelah selatannya berdiri istana agung maharaja dengan gerbangnya yang megah, Chalke, dan aula upacaranya yang dikenal sebagai Istana Daphne. Tak jauh dari situ terdapat Hippodromos, tempat pacuan kuda yang mampu menampung 80.000 penonton, dan pemandian Zeuxippus yang terkenal. Di sisi barat Augustaeum berdiri Milion, sebuah monumen berlengkung yang bertindak sebagai pusat titik mula mengukur jarak perjalanan ke seluruh Kekaisaran Romawi Timur.

Dari Augustaeum terbentang sebuah jalan raya, Mese dipagari jajaran tiang. Karena membentang turun dari bukit pertama dan naik ke bukit kedua, jalan ini melintasi sisi kiri Praetorium atau Gedung Kehakiman. Kemudian melintasi Forum Constantinus yang berbentuk oval tempat dewan senat kedua dan sebuah tiang tinggi yang dipuncaknya tegak sebuah arca Constantinus dalam rupa Helios, bermahkota sebuah lingkaran suci dengan tujuh berkas sinar dan menghadap ke arah matahari terbit. Dari sana Mese melintasi Forum Taurus, kemudian Forum Bous, dan akhirnya naik ke bukit ketujuh (atau Xerolophus) melewati Gerbang Kencana di Tembok Constantinus. Setelah pendirian Tembok Theodosius pada abad ke-5, Mese diperpanjang sampai ke Gapura Kencana yang baru. Panjang keseluruhannya mencapai tujuh batu.[13]

Prefek Kota Constantinopolispertama yang diketahui adalah Honoratus, yang menjabat sejak 11 Desember 359 sampai 361. Kaisar Valens membangun Istana Hebdomon di tepian Propoltis dekat Gapura Kencana, kemungkinan besar untuk digunakan pada saat pemeriksaan pasukan. Semua kaisar sampai dengan Zeno dan Basiliscus dinobatkan dan diumumkan di Hebdomon. Theodosius I membangun Gereja Yohanes Pembaptis sebagai tempat penyimpanan tengkorak orang suci itu (sekarang disimpan di Istana Topkapı di Istanbul, Turki), mendirikan sebuah tugu peringatan atas dirinya di Forum Taurus, dan merombak reruntuhan kuil Aphrodite untuk dijadikan sebuah gudang kereta Prefek Pretoria; Arcadius membangun sebuah Forum baru yang dinamakan menurut namanya sendiri di Mese, dekat tembok-tembok Konstantinus.

Pengaruh Constantinopolis lambat-laun meredup. Setelah diguncang oleh Pertempuran Adrianopel pada 378, di mana Kaisar Valens beserta pasukan-pasukan Romawi terbaik dihancurkan oleh kaum Visigoth hanya dalam beberapa hari saja, Constantinopolis mulai memperhatikan pertahanannya, dan Theodosius II membangun Tiga Lapis Tembok Pertahanan setinggi 18 Meter (60 Kaki) pada 413-414, yang tak dapat ditembus sampai munculnya bubuk mesiu. Theodosius juga membangun sebuah Universitas dekat Forum Taurus, pada 27 Februari 425.

Sekitar zaman ini, Uldin, seorang pemimpin kaum Hun, muncul di Danube dan bergerak maju ke Thrace, namun dia dikhianati oleh banyak pengikutnya, yang menyeberang ke pihak Romawi dan memukul mundur raja mereka kembali ke utara sungai itu. Karena kejadian ini, tembok-tembok baru didirikan untuk mempertahankan Konstantinopel, dan armada di Danube ditingkatkan.

Sementara itu, kaum Barbar menguasai dan memusnahkan kerajaan Rom Barat: manakala lari ke Ravenna, dan kerajaannya binasa. Setelah peristiwa ini, Konstantinopolis benar-benar menjadi kota terbesar di Kekaisaran Romawi sekaligus di dunia. Kaisar-kaisar tidak lagi mondar-mandir dari satu ibu kota dan istana ke ibu kota dan istana lainnya. Mereka berdiam di istananya dalam kota besar itu, dan mengutus jenderal-jenderal untuk memimpin bala tentara mereka. Kemakmuran Mediterania Timur dan Asia Barat mengalir masuk ke Constantinopolis.