w 52 r. p.n.e. zostało jednak zdobyte przez Rzymian, którzy zbudowali na jego miejscu nową osadę. Miejscem nowego rzymskiego miasta Lutetia Parisiorum (Lutetia oznacza tu „podmokłe miejsce”)Od łacińskiego lutum – „błoto”. było obecne Île de la Cité i Montagne Sainte-Geneviève na lewym brzegu Sekwany (gdzie obecnie wznosi się Panteon). Pod panowaniem Rzymian Paryż został zromanizowany i znacznie się rozrósł, chociaż nie był stolicą prowincji Gallia Lugdunensis, w której był położony – rolę tę pełnił Lyon, a od 375 r. Sens. Mimo to nowe władze dbały o jego rozwój, zbudowano termy, świątynię, teatry i inne budowle. Pozostałości term znajdują się w Musée de Cluny.
thumb|Figura św. Dionizego w portalu katedry Notre-Dame w Paryżu Na III wiek przypada początek chrystianizacji Paryża. Z procesem tym jest związana postać św. Dionizego, pierwszego biskupa Paryża, który podczas prześladowań chrześcijan został ścięty na wzgórzu Montmartre (z łaciny Mons Martyrium – kopiec męczennika) ok. 250 r. Według legendy po egzekucji poniósł on swoją odciętą głowę 6000 kroków do miejsca, gdzie został pochowany i gdzie obecnie mieści się bazylika w Saint-Denis. Prześladowania te nie powstrzymały rozwoju chrześcijaństwa, które w Cesarstwie rzymskim było oficjalnie tolerowane od 313 roku.