Etter Kartagos fall okkuperte ikke romerne Tripolitania umiddelbart, men ventet til kystbyene ba om og mottok deres beskyttelse. I år 74 f.Kr. annekterte de så regionen formelt. Romerne forente regionene i Libya, og i mere enn 400 år var Tripolitania og Kyrenaika velstående romerske provinser. Romerske ruiner, som de man finner i Leptis Magna, vitner om en levende region hvor folkerike byer og også befolkningen i mindre byer kunne nyte bylivets bekvemmeligheter. Handelsmenn og håndverkere fra mange deler av den romerske verden etablerte seg i Nord-Afrika, men byene i Tripolitania beholdte sine puniske karaktertrekk, og Kyrenaika sitt greske.