Három héttel győzelme után elvégezték Új-Róma alapítási szertartásait, és 330. május 11-én hivatalosan is felavatták a jóval nagyobb várost. Ez egy hatalmas történelmi előjelű aktus volt. Konstantinápoly a világ egyik nagy fővárosa, a császári és vallási hatalom forrása, a hatalmas gazdagság és szépség városa, a nyugati világ vezető városa lett. Az itáliai tengeri államok felemelkedéséig ez volt az első számú kereskedelmi város, valamint a 11. század közepéig Európa legerősebb és legtekintélyesebb hatalmának fő városa.
Konstantinosz fővárosválasztása mélyreható hatással volt az ókori görög és római világra. Elmozdította a Római Birodalom hatalmi központját, keletre helyezve azt, és elérte Görögország első tartós egyesülését. Kulturális szempontból Konstantinápoly elősegítette a keleti és nyugati szokások, művészet és építészet egyesülését. A vallás keresztény volt, a szervezet római, a nyelv és a szemlélet pedig görög. Itt alakult ki a királyok isteni jogának fogalma, olyan uralkodóké, akik a hit védelmezői voltak – szemben azzal, hogy a király maga isteni -. A konstantinápolyi arany solidus megtartotta értékét, és több mint ezer éven át pénzszabványként szolgált. Ahogy teltek az évszázadok – a keresztény birodalom 1130 évig tartott -, Konstantinápoly, a birodalom székhelye olyan fontossá vált, mint maga a birodalom; végül, bár a területek gyakorlatilag összezsugorodtak, a főváros fennmaradt.
Konstantinosz új városfalai megháromszorozták Bizánc méretét, amely most már tartalmazott császári épületeket, például a Septimius Severus által megkezdett, befejezett Hippodromot, egy hatalmas palotát, törvényhozási termeket, számos impozáns templomot és a rivális városokból átvett szobrok sokaságával díszített utcákat. A főváros egyéb látnivalói mellett ingyenes kenyérrel és polgárjoggal ajándékozták meg azokat a telepeseket, akik a régi falakon túli üres területeket betöltötték. Ezen kívül a keresztényeket szívesen fogadták, más hitűekkel szemben toleranciát tanúsítottak, és jóindulatot tanúsítottak a zsidókkal szemben.
Konstantinápoly egyházi központ is volt. 381-ben olyan pátriárka székhelye lett, aki a római püspök után a második helyen állt; a konstantinápolyi pátriárka ma is az ortodox egyház névleges feje. Konstantin nyitotta meg az első ökumenikus zsinatokat; az első hatot Konstantinápolyban vagy annak közelében tartották. Az 5. és 6. században a császárok azon fáradoztak, hogy eszközöket találjanak ki a monofiziták birodalomhoz való kötődésének fenntartására. A 8. és 9. században Konstantinápoly volt az ikonoklasztok és az ikonok védelmezői közötti harc központja. A kérdést a hetedik ökumenikus zsinat döntötte el az ikonrombolók ellen, de csak azután, hogy sok vér folyt és számtalan műalkotás megsemmisült. Az egyház keleti és nyugati szárnya egyre jobban eltávolodott egymástól, és a Róma és Konstantinápoly közötti évszázados tanbeli nézeteltérések után a 11. században skizma következett be. A pápa eredetileg jóváhagyta Konstantinápoly 1204-es kifosztását, majd elítélte azt. A várost fenyegető török veszéllyel szemben különböző kísérletek történtek a szakadás begyógyítására, de a gyanakvás és a tanbeli eltérések megosztó erői túl erősek voltak.
A 4. század végére Konstantin falai túlságosan is szűkössé váltak a gazdag és népes metropolisz számára. A század végén író Szent János Krizosztomosz szerint sok nemesnek 10-20 háza volt, és 1-2000 rabszolgát birtokolt. Az ajtók gyakran elefántcsontból készültek, a padló mozaikból volt, vagy drága szőnyegekkel borították, az ágyakat és a heverőket pedig nemesfémekkel borították.
A belülről érkező népesedési nyomás és a kívülről érkező barbár fenyegetés arra késztette őket, hogy a félsziget csücskénél beljebb, a szárazföld belsejében falakat építsenek. Ezek az új falak az 5. század elején, II. Theodosius uralkodása idején épültek, ezek azok, amelyek ma is állnak.
I. Justinianus (527-565) uralkodása idején a középkori Konstantinápoly elérte fénykorát. Ennek az uralkodásnak a kezdetén a lakosságot mintegy 500 000 főre becsülik. 532-ben a város nagy részét felégették, és a lakosság nagy részét megölték a hippodromi frakciók felkelésének, a Nika-lázadásnak az elfojtása során. A lerombolt város újjáépítése alkalmat adott Jusztiniánusznak egy nagyszabású építkezési programra, amelyből sok épület máig megmaradt.
542-ben a várost pestisjárvány sújtotta, amely állítólag minden öt lakosból hármat megölt; Konstantinápoly hanyatlása erre a katasztrófára vezethető vissza. Nemcsak a főváros, hanem az egész birodalom elsorvadt, és lassú fellendülés csak a 9. században volt látható. Ebben az időszakban a várost gyakran ostromolták a perzsák és az avarok (626), az arabok (674-678 és 717-718 között), a bolgárok (813 és 913), az oroszok (860, 941 és 1043), valamint egy vándorló török nép, a pecsenyegek (1090-91). Mindegyik sikertelen volt.
1082-ben a velenceieknek magában a városban osztottak ki negyedeket (korábban az Aranyszarv túloldalán, Galatában volt egy kantonmentum a külföldi kereskedők számára), különleges kereskedelmi kiváltságokkal. Később csatlakoztak hozzájuk a pisaiak, amalfitánok, genovaiak és mások. Ezek az olasz csoportok hamarosan fojtogató befolyást szereztek a város külkereskedelme felett – ezt a monopóliumot végül az olaszok lemészárlása törte meg. Egy ideig nem engedték meg az olasz kereskedőknek, hogy ismét letelepedjenek Galatában.
1203-ban a negyedik keresztes hadjárat seregei, eltérítve szentföldi céljuktól, megjelentek Konstantinápoly előtt – állítólag azért, hogy helyreállítsák a törvényes bizánci császárt, II. Bár a város elesett, egy évig saját kormánya alatt maradt. 1204. április 13-án azonban a keresztesek berontottak a városba, hogy kifosszák azt. Az általános mészárlás után a fosztogatás még évekig tartott. A keresztes lovagok egyiküket, Flandriai Baldwint császárrá nevezték ki, és a velenceiek – a keresztes hadjárat fő felbujtói – átvették az irányítást az egyház felett. Míg a latinok felosztották egymás között a birodalom többi részét, a bizánciak a Boszporusz túloldalán, Nicaeában (ma İznik) és Epirusban (ma Északnyugat-Görögország) sáncolták el magukat. A latin uralom időszaka (1204 és 1261 között) volt Konstantinápoly történetében a legpusztítóbb. Még a bronzszobrokat is beolvasztották érmékért; minden értéket elvettek. A szent ereklyéket kitépték a szentélyekből, és Nyugat-Európa vallási intézményeibe küldték.
1261-ben Konstantinápolyt VIII. (Palaeologosz) Mihály, nikaiai görög császár foglalta vissza. A következő két évszázadban a zsugorodott Bizánci Birodalom, amelyet mind nyugatról, mind az oszmán törökök növekvő hatalma Kis-Ázsiában fenyegetett, bizonytalan életet élt. A 13. század végén és a 14. század elején némi építkezésre került sor, de ezután a város pusztulóban volt, tele romokkal és elhagyatott területekkel, ellentétben az Aranyszarv túlpartján fekvő Galata virágzó állapotával, amelyet VIII. Mihály bizánci uralkodó a genovaiaknak adott. Amikor a törökök a 14. század közepén átkeltek Európába, Konstantinápoly sorsa megpecsételődött. Az elkerülhetetlen véget késleltette a törökök 1402-ben Timur (Tamerlán) által elszenvedett veresége; de 1422-ben II. Murád török oszmán szultán ostrom alá vette Konstantinápolyt. Ez a kísérlet kudarcba fulladt, de 30 évvel később megismétlődött. 1452-ben egy másik oszmán szultán, II. Mehmed folytatta a Boszporusz blokádját azzal, hogy egy erős erődítményt emelt a Boszporusz legszűkebb pontján; ez a Rumelihisarı nevű erődítmény ma is a szoros egyik fő nevezetessége. A város ostroma 1453 áprilisában kezdődött. A törökök nemcsak elsöprő számbeli fölényben voltak, hanem olyan ágyúkkal is, amelyek áttörték az ősi falakat. Az Aranyszarvat lánc védte, de a szultánnak sikerült a szárazföldön át a Boszporuszról az Aranyszarvba húznia a flottáját. A végső támadásra május 29-én került sor, és a genovaiak által segített lakosság kétségbeesett ellenállása ellenére a város elesett. Az utolsó bizánci császár, XI. Konstantin (Palaeologosz) a csatában esett el. A város három napig a fosztogatásnak és a mészárlásnak volt kiszolgáltatva, majd a szultán helyreállította a rendet.