Trong chiến tranh Punic lần thứ hai, Đế chế La Mã đã sáp nhập các thuộc địa thương mại của người Carthage trên biển Địa Trung Hải vào lãnh thổ của mình (từ năm 210 đến 205 trước Công nguyên). Đế chế La Mã đã cai quản toàn bộ bán đảo Iberia trong suốt 500 năm, ràng buộc vùng đất này bởi luật pháp và ngôn ngữ của La Mã. Những con đường lớn cũng được xây dựng nối bán đảo Iberia với đế chế.

Người La Mã đã trùng tu lại các đô thị còn lại như Lisbon (hay còn gọi là Olissipo, nay là thủ đô của Bồ Đào Nha), Tarragona (Tarraco) và thành lập các đô thị mới như Zaragoza (Caesaraugusta), Mérida (Augusta Emerita), và Valencia (Valentia). Nền kinh tế của bán đảo đã phát triển hưng thịnh dưới sự cai trị của La Mã. các sản phẩm nông nghiệp ngày càng tăng lên cùng với việc đưa vào vận hành hệ thống tưới tiêu đồng ruộng, một trong số chúng ngày nay vẫn còn được sử dụng. Các hoàng đế Trajan, Hadrian, Marcus Aurelius và Theodosius I, cùng với triết gia nổi tiếng Seneca đều sinh ra tại Tây Ban Nha. Đạo Cơ đốc đã lan đến Tây Ban Nha vào thế kỉ 1 và trở nên phổ biến vào thế kỉ 2 tại các đô thị. Phần lớn ngôn ngữ, tôn giáo, cơ sở luật pháp của Tây Ban Nha ngày nay đều bắt nguồn từ giai đoạn này.

Các bộ tộc người còn lạc hậu đã xâm chiếm Tây Ban Nha vào thế kỷ 5, khi mà Đế chế La Mã đang trên đà sụp đổ. Người Visigoth, Suebi, Vandal and Alan đã vượt qua dãy núi Pyrenees để tiến vào Tây Ban Nha. Người Visigoth sau đó đã tiếp quản Tây Ban Nha vào năm 415. Sau khi cải theo Thiên chúa giáo La Mã, vương quốc Visigoth đã trở thành một triều đại lớn ở bán đảo Iberia.