3世紀後期，羅馬皇帝戴克里先引入了四頭制（四帝共治）的制度，來更有效地管理龐大的羅馬帝國。他將整個帝國分為兩部分，在義大利和希臘各設立一個皇帝，各設一個副皇帝輔佐他們。這種做法一直維持到4世紀。君士坦丁大帝於324年重新將自己立為整個帝國的唯一皇帝。
在羅馬帝國的「公元三世紀大危機」之後，帝國的社會經濟正在全面崩潰。城市破敗，商業凋敝，農村赤貧化，土地荒蕪，人口銳減，這些現象在以奴隸製為經濟基礎的帝國西部尤甚。整個帝國的政治劇烈動蕩，將軍自立為帝，軍閥混戰，內亂不斷，各階層人人自危，朝不保夕。君士坦丁在即位後不久採取了兩項意義深遠的措施，第一是給予基督教合法地位，以挽回因搖搖欲墜的傳統多神教走向沒落而帶來的宗教信仰危機。第二件事是在帝國的東部建造一座新都城，企圖在東方為帝國尋找生路。君士坦丁大帝決定建立一個新的首都，他選擇了希臘城市拜占庭（今天的伊斯坦堡）。330年，這個首都建成了，君士坦丁稱之為新羅馬（Nova Roma）。但一般人稱之為君士坦丁堡（Constantinople，意為君士坦丁之城）。這個新的首都成為他的管理機構中心。君士坦丁大帝也是第一位信仰基督教的皇帝。雖然在君士坦丁的統治時期，這個帝國還不是拜占廷帝國，但基督教是拜占廷帝國的一個重要特性，也是它與相信多神教的古代羅馬帝國的分界線。
東羅馬歷史的另一個分界線是378年的亞德里安堡戰役。這場敗仗以及皇帝瓦倫提尼安之死，可以被看成是古代帝國和中世紀帝國分家的時間。瓦倫提尼安的繼承人狄奧多西一世（有時也被稱為狄奧多西大帝）將整個帝國再次分開。395年他將這兩部分各交給他的兩個兒子阿卡狄奧斯和霍諾里烏斯。阿卡狄奧斯成為東部的統治者，定都於君士坦丁堡；霍諾里烏斯成為西部的統治者，他的首都是米蘭。從這個時候開始，東部的這個帝國一般被稱為東羅馬帝國，或拜占廷帝國。

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