IIIe-IVe siècle L’empire romain fait face à une instabilité politique et des vagues de migration.
Ve siècle Honorius, empereur d'Occident, interdit la gladiature en 404.
VIe siècle L’amphithéâtre est transformé en forteresse par les Wisigoths.
VIIIe siècle La ville de Nîmes est conquise par Charles Martel. L’amphithéâtre devient la résidence des comtes carolingiens.
IXe-XIIe siècle Les comtes de Toulouse acquièrent le vicomté de Nîmes.
XIIIe-XIVe siècle Nîmes fait partie des possessions du domaine royal. Les représentants du roi s'installent dans le château des arènes.
XIVe siècle Le vicomte de Nîmes et les chevaliers quittent les arènes. La population s’installe dans l’amphithéâtre.
XIVe siècle Un quartier composé d'habitations et de deux églises se développe à l'intérieur du monument.
XVIe siècle Suite à la visite de François Ier, les constructions de la galerie du premier étage sont démolies.
XVIIe siècle En 1620, on dénombre 600 habitants dans l’amphithéâtre.
Comme la Maison Carrée, l'amphithéâtre doit sa conservation à une occupation continue après la fin de l'Empire romain.
Les occupations successives sont à l'origine de certaines dégradations du monument antique, mais elles l'ont sauvé de l'abandon.
Elles ont empêché qu'il serve de carrière de pierre, comme ce fut le cas pour l'amphithéâtre de Béziers par exemple.