Gregorovius’ Lebenswerk, an dem er über 18 Jahre lang arbeitete, behandelt in acht Bänden die Geschichte der Stadt Rom vom Beginn des fünften Jahrhunderts bis zum Ende des Pontifikats Clemens’ VII. im Jahr 1534. Man kann vereinfacht sagen, dass die Plünderung Roms durch die Westgoten unter Alarich 410 und der "Sacco di Roma" durch die Truppen Kaiser Karls V. 1527 die Eckpunkte seiner Darstellung bilden. Sein erstes Manuskript trug noch den Titel „Chronik der Stadt Rom im Mittelalter“. Gregorovius hat den „Weltbezug“ Roms sehr weit aufgefasst, sodass seine Geschichte der Stadt Rom häufig den Kontext der großen europäischen Geschichte miteinbezieht und daher auf vielen Seiten Rom selbst überhaupt nicht behandelt. Das ursprüngliche Werk verfügt über einen reichen Anmerkungsapparat, der erst in späteren Ausgaben verkürzt oder weggelassen wurde. Gregorovius aktualisierte das Werk in mehreren Neuauflagen.