miasto było w posiadaniu Filipa Macedońskiego i jego syna, Aleksandra Wielkiego.

Około 29 roku n.e. Sofia została podbita przez Rzymian i jej nazwę zmieniono na Ulpia Serdica, zaś w 46 roku n.e. znalazła się w granicach nowej prowincji rzymskiej Mezja. W I wieku Rzymianie zbudowali przebiegającą przez Serdicę drogę Via Militaris (Via Diagonalis) biegnącą z Konstantynopola przez Edirne, Płowdiw, Niš do Belgradu.

W 106 Serdica decyzją cesarza Trajana stała się municipium, czyli centrum administracji lokalnej. Dzięki temu miasto rozrastało się w miarę budowy wież, murów obronnych, łaźni publicznych i innych świeckich i religijnych budowli. Powstał także wielki amfiteatr zwany Buleterionem. Utworzoną w 271 roku przez cesarza Aureliana prowincję Dacia Aureliana ze stolicą w Serdice, cesarz Dioklecjan podzielił na dwie części, Dacia Ripensis (Nadbrzeżna) na północy leżącą wzdłuż brzegu Dunaju i Dacia Mediterranea (Wewnętrzna) nieco bardziej na południu, stolicą tej drugiej stała się Serdica.