La población, intensamente romanizada, recibió emigrantes itálicos en el siglo I a.C. y fue elevada a la categoría de municipio por Augusto. Disfrutó entonces de tiempos de bonanza, gracias a la fertilidad de sus huertas y a la calidad de sus talleres donde, entre otros materiales, se trabajaban el hierro, las pieles y la cerámica.

Fruto de esa prosperidad, Bilbilis experimentó un gran crecimiento. Un perímetro amurallado de enorme extensión, adaptado a las irregularidades del terreno, dio cobijo a una ciudad majestuosa. Un sofisticado sistema de terrazas, escalinatas y suaves rampas para salvar los desniveles permitieron organizar el espacio racionalmente y dar al lugar un aspecto escenográfico que realzó su prestigio.

Tuvo su apogeo en el siglo I, fue decayendo en el siglo II para abandonarse paulatinamente, hasta que en el siglo III quedó semidesierta.

Con Hispania pacificada, a la muerte de Julio César, Augusto emprende una serie de reformas administrativas incluyendo a Bilbilis en el Convento Jurídico Caesaraugustano en la provincia Tarraconense. La ciudad obtiene el rango de Municipium, gozando desde entonces, del derecho y ciudadanía romana.

En esta época, mediante una serie de complejas obras de adaptación al terreno, la ciudad se estructuró al modo romano: infraestructuras, servicios y comunicaciones con una funcionalidad inherente al pensamiento de Roma, así como también al carácter teatral de su monumentalidad, convirtiéndose en el centro político, administrativo, económico y social de la región. Para desarrollar estas funciones, la ciudad se dotó de un complejo urbano formado por plaza porticada, templo, basílica y curia, constituyendo junto al teatro un mismo conjunto.

La parte central de la ciudad quedó reservada para el conjunto monumental principal, el foro y el teatro. Hacia este lugar convergían los dos caminos principales de acceso que partían de las puertas que se abrieron en sus murallas, una en la parte baja, junto a la vega del río Jalón y otra hacia el teatro. Este conjunto era visible desde la vía romana cercana y, por tanto, tendría además un efecto "propagandístico".

El Foro fue monumental, algo desproporcionado y con un aspecto escenográfico. Situado en la parte alta de la ciudad, se encuentra decorado con mármoles y estatuas, enmarcado por pórticos, con basílica, curia y templo, y con una plaza prácticamente cuadrada. Se terminó durante la época del emperador de Tiberio, si bien, sufrió modificaciones posteriores en época de Trajano.

El teatro forma un todo único con el foro al que está vinculado por una serie de pórticos y pasillos de comunicación. Presenta una escena de dos pisos con capiteles corintios en ambos, y tres valvae. Hay que concebirlo como un edificio de espectáculos con carácter comarcal, ya que su capacidad, cercana a los 4.500 espectadores, excede con mucho las necesidades de la pequeña ciudad de unos 3.000 ó 3.500 habitantes.

Las termas corresponden a un modelo provincial, de distribución lineal y simple. Las salas de estas termas con su abastecimiento de agua y calefacción, sus lugares para dejar las pertenencias personales, las piscinas de agua caliente y fría, una schola labrum junto al caldarium y otras dependencias estaban decoradas con conjuntos pictóricos de gran calidad, realizados por un equipo de pictores itálicos que recorrieron varios lugares del Valle del Ebro, Bílbilis y Arcóbriga. Varios de los frescos que decoraban las termas pueden ser vistos en el Museo de Calatayud.