Carnuntum bestand aus mehreren Siedlungsbereichen, dem Legionslager, einer Militärsiedlung (canabae legionis) und der sogenannten Zivilstadt, die sich außerhalb einer Sicherheitszone von 2,2 km (entspricht einer keltischen Leuge) vom Legionslager aus gegen Westen ausbreitete. Die ältesten archäologischen Zeugnisse aus römischer Zeit datieren in die Mitte des 1. Jahrhunderts In der Regierungszeit des Claudius entstand parallel zu einem festen Holz-Erde-Lager mit angeschlossenem Lagerdorf die Zivilsiedlung. 

Zu Beginn des 2. Jahrhunderts lebten dort bereits rund 50.000 Menschen. Kaiser Hadrian gewährte ihr in weiterer Folge das Recht zur Selbstverwaltung. Unter Trajan stieg sie zur Provinzhauptstadt von Oberpannonien auf. Während der Markomannenkriege führte Marc Aurel von dort aus seine Feldzüge in die Stammesgebiete nördlich der Donau.