Il conflitto tra i Romani, che ambivano al controllo dei valichi alpini indispensabili ai fini mercantili, e i Salassi, popoli di origine gallica, indipendenti e fortemente radicati sul territorio canavesano, si risolse con il successo della seconda spedizione militare guidata da Appio Claudio, dopo che la prima nel 141 a.C. era stata sconfitta.
Se pur vinti i Salassi, confinati sulle montagne, continuarono ad essere pericolosi, sì da indurre i Romani a fondare il presidio fortificato di Eporedia. Le ostilità durarono per altri settantacinque anni, e solo nel 25 a.C., i Salassi, secondo la testimonianza dello storico Strabone, si arresero definitivamente.
Il primitivo presidio intanto si era trasformato in una città popolosa, sede di importanti scambi commerciali.
I suoi abitanti erano regolarmente iscritti come appartenenti alla tribù Pollia e godevano di tutti i diritti politici e civili riservati ai cittadini romani. Eporedia fu costruita secondo il sistema classico della centuriazione, ossia la suddivisione agraria in reticolati di strade e canali. Si ritiene che la colonia avesse i suoi limiti nella Serra ad Est, nel corso dell'Orco a Ovest, a Nord nel territorio di Bard e a Sud nella confluenza della Dora con il Po.
Il tracciato di Eporedia presentava una pianta pentagonale, poiché la natura del terreno non del tutto pianeggiante costrinse i Romani a modificare leggermente il sistema ortogonale, con cui tracciavano la pianta delle città, secondo il modello del Castrum. Per il resto evidenziava le caratteristiche romane classiche con le due vie perpendicolari tra loro: il Decumanus maximus (ora Via Palestro e via Arduino) da Est ad Ovest, e il Cardo maximus (ora probabilmente via Quattro Martiri). Parallelamente al Decumanus maximus, su una serie di fasce terrazzate, era distribuita la città, il cui massimo incremento edilizio di epoca romana risale al I secolo d. C.
Durante l'Impero, Ivrea condivise la sorte delle altre colonie, prosperando e incrementando i traffici commerciali, e anche subendo le persecuzioni contro i cristiani. Nel 306 d.C., quando fu eletto imperatore Massenzio, la città lo riconobbe quale suo principe, ma, nel 312, si sottomise al vincitore Costantino. Dopo il suo famoso Editto, un forte impulso alla diffusione del Cristianesimo si verificò ad opera del cittadino eporediese Gaudenzio, vescovo di Novara. E mentre ancora questo era in vita, anche Ivrea divenne sede vescovile. L'anno non risulta definito, ma quasi tutti gli storici concordano sul nome di S. Eulogio, come primo vescovo della città.