I 106 e.Kr. da Cornelius Palma var guvernør over romerske Syria, ble Petra underlagt og absorbert av Romerriket da det nabatiske kongerike ble omgjort til den romerske provinsenArabia Petraea. På omtrent samme tid ble Petras romerske vei bygget. Den ble hovedveien til byen, karakterisert av store porter som inngang til byen. Et århundre senere, i tiden til keiser Alexander Severus, da byen var på høyden av sin prakt, opphørte utgivelsen av egne mynter. Det skjedde heller ingen flere konstruksjoner av overdådige graver. Årsaken synes å være en brå katastrofe, antagelig en invasjon av nypersisk makt under Sasanideriket. I mellomtiden hadde en by i sørlige Syria, Palmyra (blomstret i 130-270) vokst i betydning og trakk til seg arabisk handel på bekostning av Petra, som fikk en tilbakegang. Stedet synes å ha fortsatt som et religiøst sted. En annen romersk vei ble bygget til stedet. Epifanios fra Salamis (død 403) skrev at på hans tid ble det holdt en fest der den 25. desember til ære for jomfrugudinnen Khaabou og hennes avkom Dushara. Dushara og al-Uzza var to av de fremste guddommene i byen som ellers omfattet mange idoler fra andre nabatiske guddommer som Allat og Manat.