Büyük İskender'in İssos'ta (İskenderun) Pers Kralı Darius'u yenmesinden (MÖ 333) ve arkasından bütün doğuyu ele geçirmesinden sonra Helen dünyası büyük bir refah çağına erişti. Kentler nüfus patlamalarına sahne oldu. Helenistik Dönem'de İskenderiye, Rodos, Bergama ve Efes kentlerinden her biri 100 binin üstündeki bir nüfusa eriştiler. Küçük bir tepeciğin üzerinde kurulmuş olan eski İzmir kentinin duvarlarının içinde yalnız birkaç bin kişi yaşayabiliyordu. Bu nedenle en geç MÖ 300 sıralarında Kadifekale'nin eteklerinde, yeni ve büyük bir kent kuruldu.
MÖ 323 yılında Büyük İskender'in ölümü üzerine çıkan iç savaşta İzmir (zamanın ismiyle Smyrna), önce Lysimakhos'un, sonra Lysimakhos'u MÖ 281 yılında yapılan Corupedion Savaşı'nda yenen Selevkosların kralı 1. Selevkos'un eline geçti. Selevkos egemenliği MÖ 190 yılında yapılan Magnesia (bugün Manisa) Savaşı'na kadar sürdü. Selevkoslar, Romalılara karşı kaybettiği bu savaştan 2 yıl sonra yapılan Apameia (bugün Dinar) savaşıyla Bergama Krallığı'na verildi. Bergama'nın egemenliği, Kral 3. Attalos'un ölümüne dek sürdü ve bu tarihte Romalıların eline geçti ve Asya Eyaleti'ne bağlandı.
Tarihçi Strabon, Smyrna'nın kendi zamanında yani MÖ 1. yüzyıla geçiş sırasında en güzel İyon kenti olduğunu belirtmektedir. O dönemde kentin küçük bir bölümü Kadifekale'nin (Pagos) üzerindeydi. Büyük bölüm ise düz arazi üzerinde bulunan liman çevresine toplanmıştı. Ana tanrıçanın tapınağı ile “gymnasion” da bu hat üzerinde yer alıyordu. Caddeler düzdü ve tamamı büyük taşlarla düzgün bir biçimde kaplanmıştı. Aristeides, kentin doğu-batı yönünde uzanan iki ana yolunun (Kutsal yol ve Altın yol) bulunduğunu ve bu yollarla kentin, denizden gelen esinti ile serinlediğini anlatmaktadır.[kaynak belirtilmeli] Strabon İzmir'de Homereion olarak adlandırılan bir stoanın varlığından söz eder (belki de bir perystil ev). Bu evin içinde Homeros'un bir heykeli bulunuyordu.
Roma Çağı'nda İzmir'de inşa edilen yapılar arasında, Kadifekale'nin kuzeybatı eteğindeki antik tiyatro ve batıdaki stadyumun her ikisinden de pek az iz kalmıştır. Diğer taraftan Smyrna Agora’sı oldukça iyi korunmuş olup, bugün kısaca Agora olarak bilinmektedir. Agora’nın ölçüsü 120x80 metre uzunluğundadır ve geniş bir avlusu vardı. Doğusunda ve batısında birer stoası vardı. Her iki yapı 1 7,5 m olup ikişer katlıydı. Ayrıca 28 m uzunlukta bir bazilika da mevcuttu. MÖ 2. yüzyılda Romalıların egemenliğine giren İzmir ikinci kez altın dönemini yaşamaya başlar. MÖ 88 yılında Pontus Kralı 6. Mithridates'in eline geçtiyse de 2 yıl sonra Romalılar şehri geri aldı.
İncil'de sözü edilen "Yedi Kilise"den bir tanesinin bulunduğu Smyrna, Hristiyanlığın gelişmesinde önemli bir rol oynar. İzmir'in ilk başpiskoposu olan Aziz Polikarp havari ve İncil yazarı St. John'un ilk müritlerinden biridir. Yaklaşık MS 70 yılında Anadolu'da doğmuş, inancından ötürü 23 Şubat 155 tarihinde, İzmir akropolü üzerinde bulunan stadyumda Romalılar tarafından yakılarak ölüme mahkûm edilmiştir. MS 395 yılında Roma İmparatorluğu ikiye bölününce, İzmir, çağdaş dönemde “Bizans İmparatorluğu” olarak tanınacak Doğu Roma İmparatorluğu'nun bir parçası olur.
Doğu Roma İmparatorluğu Dönemi
Doğu Roma İmparatorluğu döneminde Araplar, Selçuklular, Haçlılar ve Cenevizliler kenti ele geçirmek için birbirleriyle savaşırlar. Kenti ilk önce Araplar 672 yılında denizden zapt edip İstanbul'a yaptıkları akınlarda bir üs olarak kullanırlar. Türkler İzmir'i ilk kez 1076'da Selçuklu akıncılarından ve zamanla ilk büyük Türk denizcisi olan Çaka Bey'in komutasında ele geçirirler. İzmir'den hareketle Ege Adaları ve Çanakkale Boğazı'na düzenlediği akınlarla Bizanslılara korku salan Çaka Bey'in ölümünden sonra Bizanslılar kenti 1098'de geri alırlar ve şehrin kıyı tarafı 1204 yılında Rodos Şövalyeleri'nin eline geçer.
1310'da Aydınoğlu Umur Bey tüm şehri ele geçirir. 1344 yılında Cenevizliler kıyıdaki St. Peter kalesini ele geçirirler. Cenevizliler aşağı kenti kontrollerinde tutarken Aydınoğulları Beyliği yukarı kentte (Kadifekale) hâkimiyet kurar. Gavur İzmir deyimi o dönemden kalmadır ve Cenevizlilerin elinde kalan aşağı kenti tanımlamak için kullanılmıştır.[kaynak belirtilmeli] 14. yüzyıl ortalarında St. Peter kalesi ve aşağı kent bu kez Rodos Şövalyeleri tarafından ele geçirilir. Bu arada Osmanlı Devleti 1398'de İzmir üzerinde hâkimiyet kurdu. Ankara Savaşı'nı kazanarak Osmanlı Devleti'ni mağlup etmiş olan Timur'un 1403'te bizzat komuta ettiği Moğol ordusu kenti istila edip, St. Peter kalesini yerle bir eder. Bu fetih Timur'un Hristiyan güçlere karşı yapmış olduğu tek savaş olması nedeniyle ayrıca önemlidir. Osmanlı Devleti'nin toparlanmasından sonra 1422 yılında II. Murad kenti zapt eder ve İzmir bundan sonra Osmanlı İmparatorluğu'nun bir parçası olur.
