Die ältesten uns bekannten Nachrichten stammen vom römischen Historiker Titus Livius, der im Jahr 28 v. Chr. den Rückzug des römischen Konsuls Sempronius Longus nach Lucca dokumentiert, nachdem Hannibal zurückgeschlagen worden war.

Lucca erhielt in der Römerzeit das Aussehen eines echten bewohnten Zentrums, als es 180 v. Chr. eine lateinische Kolonie wurde. Etwa ein Jahrhundert später (89 v. Chr.) wurde es dann in eine Gemeinde umgewandelt.

In dieser Zeit wurden die ersten Mauern errichtet, die einen viereckigen Bereich schützten und ihn zu einer Festung gegen Angriffe aus dem Norden machten. Im Jahr 56 v. Chr. trafen sich Caesar, Pompeius und Crassus dort, um die Vereinbarungen der Erstes Triumvirat (60 v. Chr.). An diesem Treffen nahmen etwa zweihundert Senatoren und viele Persönlichkeiten der römischen politischen und militärischen Elite teil.

Die topografische und städtebauliche Anlage der Stadt ist noch aus ihrer römischen Vergangenheit ersichtlich. Der Stadtraum war durch orthogonale Straßenachsen, die Cardos und Decumani, in rechteckige Blöcke unterteilt.

Das Scharnier e der Decumanus Maximi, an dessen Enden sich die Stadttore öffneten, durchquerte die Stadt von Norden nach Süden und von Osten nach Westen und fällt heute mit Via Fillungo und Via Cenami sowie mit Via San Paolino, Via Roma und Via Santa Croce zusammen. Tangential zum Decumanus und fast an dessen Kreuzung mit dem Cardo befand sich das antike Forum, das Zentrum des wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Lebens, das der heutigen Piazza San Michele entspricht.

Aus der Römerzeit zeugen außerdem ein Theater (auf dessen Ruinen später die Kirche Sant'Agostino errichtet wurde), ein Amphitheater, das direkt außerhalb der römischen Mauern errichtet wurde und offiziellen Aufführungen vorbehalten war, sowie einige Fragmente der Stadtmauer.