Dio đã cho xuất bản quyển Sử La Mã (Ῥωμαϊκὴ Ἱστορία, Historia Romana), cả thảy gồm 80 cuốn, sau hai mươi hai năm nghiên cứu và lao động miệt mài. Bộ sách kể về lịch sử La Mã trong khoảng thời gian 1.400 năm, bắt đầu với sự xuất hiện của vị anh hùng huyền thoại Aeneas ở Ý (khoảng 1200 TCN), cho đến sự thành lập thành Roma nhuốm đầy màu sắc thần thoại (753 TCN); chúng cũng bao gồm các sự kiện lịch sử đến năm 229. Công trình này là một trong ba nguồn sử liệu La Mã nói về cuộc nổi dậy năm 60–61 dưới sự lãnh đạo của Boudica. Cho đến thế kỷ thứ nhất trước Công nguyên, Dio chỉ cung cấp một bản tóm lược các sự kiện; sau thời kỳ đó, tác phẩm của ông càng trở nên chi tiết hơn. Từ thời Commodus trở đi (trị vì 180–192), Dio rất thận trọng khi truyền đạt những sự kiện mà ông đã tận mắt chứng kiến.

Vào thế kỷ 21, những đoạn rời rạc của 36 tập đầu tiên, bao gồm cả phần đáng kể của cả hai Quyển 35 (về cuộc chiến tranh giữa Lucullus với vua Mithridates VI xứ Pontos) và 36 (về cuộc chiến với hải tặc và chuyến viễn chinh thảo phạt vua xứ Pontos của Pompey). Những tập tiếp theo, Quyển 37 đến 54, gần như đều trọn vẹn; chúng kể về giai đoạn từ năm 65 TCN đến 12 TCN, hoặc từ các chiến dịch phương Đông của Pompey và cái chết của vua Mithridates cho đến cái chết của Marcus Vipsanius Agrippa. Quyển 55 gồm một chỗ gián đoạn đáng kể, trong khi Quyển 56 đến 60 (kể về giai đoạn từ năm 9 đến 54) được hoàn thành và gồm các sự kiện từ những thất bại của Varus ở Đức cho đến cái chết của Claudius. Trong số 20 quyển tiếp theo của bộ sử này, chỉ còn lại những đoạn rời rạc và bản rút gọn ít ỏi của Ioannes Xiphilinus, một tu sĩ sống vào thế kỷ 11. Bản rút gọn của Xiphilinus, giờ vẫn còn tồn tại, khởi đầu từ Quyển 35 và tiếp tục cho đến cuối Quyển 80: đây là một thành quả rất mực công minh và đã được thực hiện theo lệnh của hoàng đế Mikhael VII Doukas. Quyển cuối cùng kể về giai đoạn từ năm 222 đến 229 (triều đại của Alexander Severus).

Những đoạn rời rạc của 36 tập đầu tiên, khi được thu thập lại, bao gồm bốn loại:

1. Fragmenta Valesiana: tàn dư này được phân tán khắp nhà văn, nhà bình giải, nhà văn phạm và nhà từ điển học, được Henri Valois thu thập.
2. Fragmenta Peiresciana: trích đoạn lớn nhất, được tìm thấy trong phần lời tựa "Về đức hạnh và thói hư tật xấu" có trong bộ sưu tập hay thư viện lưu động, được biên soạn theo lệnh của hoàng đế Konstantinos VII Porphyrogennetos. Bản thảo này thuộc về Nicolas-Claude Fabri de Peiresc.
3. Những đoạn rời rạc của 34 tập đầu tiên, được lưu giữ trong phần thứ hai của cùng một tác phẩm của Konstantinos, nhan đề “Về các đại sứ quán.” Chúng được biết đến dưới cái tênFragmenta Ursiniana, vì bản thảo có đoạn văn đấy được Fulvio Orsini tìm thấy ở Sicilia.
4. Excerpta Vaticana của Angelo Mai: Gồm những đoạn rời rạc của quyển 1 đến 35 và 61 đến 80. Ngoài ra, số đoạn văn này là của một người kế tục Dio viết tiếp (Anonymus post Dionem), thường được xác định là nhà sử học thế kỷ 6, Petros Patrikios, bao gồm cả những niên đại từ thời kỳ trị vì của Constantinus. Những đoạn rời rạc khác từ Dio chủ yếu có liên quan đến 34 cuốn đầu tiên được Mai phát hiện trong khai văn khố MSS của Vatican; gồm một bộ sưu tập đã được Maximus Planudes biên soạn. Bộ biên niên sử của Ioannes Zonaras cũng chứa nhiều đoạn trích lấy từ trong tác phẩm của Dio.