Es posible que el núcleo iberorromano dispusiera de una cerca definiendo su perímetro, pero las primeras noticias históricas de las murallas son de mediados del siglo I a.C. Augusto trabajó en ellas, Adriano las amplió y Leovigildo las restauró en el 583.
El perímetro máximo, en el siglo II d.C., fue de más de 3.000 m., con un grosor medio de 1,5 m.

En época romana toda la ciudad estaba delimitada por un perímetro amurallado. Tenía, por lo general, un carácter defensivo, pero también desempeñaba un papel simbólico y religioso, ya que la influencia de los dioses y sus templos alcanzaba hasta ella.

Hay restos visibles en dos puntos del Conjunto Arqueológico: un torreón de tiempos de Augusto, en el área del teatro, contiguo al graderío; y un lienzo de época adrianea en el extremo septentrional de la ciudad, junto al anfiteatro.

El torreón del área del teatro, de época de Augusto (27 a.C.-14 d.C.), está construido con un aparejo que combina el hormigón con franjas verticales de sillería; de los tramos de época de Adriano (117-138 d.C.) se conserva la cimentación de hormigón.

Las murallas de Itálica, que llegaron a abarcar una superficie de más de 50 Has., fueron edificadas en diversas fases que se corresponden con las ampliaciones y reducciones operadas en la superficie que ocupaba la ciudad.

Una prospección geofísica desarrollada entre 1991 y 1993 localizó un lienzo de muralla que discurría tras la elevación donde se asienta el templo dedicado presumiblemente a Trajano. Está pendiente de datación arqueológica, pero se piensa que pudiera tratarse de un tramo tardorromano erigido tras la hipotética reducción del solar urbano, o bien de la actuación del rey Leovigildo, que restaura las murallas italicenses en el año 583, en la época del enfrentamiento con su hijo Hermenegildo.