Non si può dire che Cagliari sia stata fondata da questo o da quel popolo e che la sua origine sia legata ad una precisa civiltà. Anche favorito dalla forma delle coste, il golfo di Cagliari fu punto di approdo per i Fenici, che cominciarono a insediarsi con fondaci nel sec. VIII, nei due siti del promontorio di S. Elia e della laguna di S. Gilla. Ma allora Cagliari non assunse la struttura di una città.
La mutazione si verifica invece coi Cartaginesi che realizzano quel tessuto urbano che era mancato nei precedenti insediamenti discontinui ed occasionali. I reperti che attestano la città punica sono numerosi e provano varie funzioni, soprattutto quelle religiose con le terrecotte votive di S. Gilla e la necropoli di Tuvixeddu nel quartiere di S. Avendrace. La preferenza insediativa per le zone pianeggianti o sulle prime pendici dei colli fa ritenere che Castello non abbia avuto, durante il dominio cartaginese, la funzione di una vera e propria acropoli.
Il passaggio della Sardegna (238 a.C.) dai Cartaginesi ai Romani segna un mutamento profondo nell'assetto della città.

I Romani utilizzano gran parte di quello che avevano edificato i Cartaginesi, costruendo anche un complesso di abitazioni di prestigio come la villa di Tigellio, nella strada omonima, e l'anfiteatro, e trasformando il quartiere di Marina in un castrum fortificato. È con Roma che Cagliari diventa una vera e propria città, con regolari rifornimenti idrici, passeggiate, piazze e vie lastricate, magazzini per il sale e per il grano, nuove necropoli. Si ripete l'andamento urbanistico sperimentato con i Cartaginesi, che evita le pendici più erte dei colli. La città assume così un andamento allungato sulla costa, senza grande penetrazione nell'entroterra.
Centro di circa ventimila abitanti, il capoluogo di oggi si riconferma porta della Sardegna quando si diffonde il cristianesimo, che vi sarebbe giunto attraverso le rotte che portavano all'Africa del nord. L'avanzata della nuova religione continua anche durante la dominazione dei Vandali e dei Bizantini e le ripetute incursioni degli Arabi, che nel 1015-16 la depredano ferocemente.

L'estraneità di Bisanzio si rileva nel passaggio delle istituzioni dagli arconti o ipatos bizantini ai giudici locali, che si staccano formalmente e giuridicamente dal potere bizantino della penisola. Ma il giudicato di Cagliari non sceglie la città come sede del governo, e lo esercita invece in sedi periferiche (in particolare a S. Igia, nello stagno omonimo) per ragioni di sicurezza. La decadenza del centro urbano in questo periodo è grave ed estesa.