L'evoluzione della arte bizantina è per lo più visibile nell'architettura e nella decorazione monumentale. Bisanzio, inizialmente, era una città Greca piuttosto ribelle, sorta nell'attuale promontorio di Topkapi, dove, durante il regno di Costantino I, venne probabilmente realizzato il Palazzo Imperiale, sede del potere. Gli scavi della prima metà del XX secolo, cui si aggiungono più recenti perlustrazioni, hanno portato alla luce alcuni elementi dell'imensa struttura: notevoli sono, ad esempio, i resti di mosaici pavimentali, risalenti dell’epoca di Giustiniano I. L'ippodromo fu costantemente ristrutturato e modificato, come dimostrano le tracce ancora visibili di interventi alle fondamenta.

Vicino all’ippodromo sorgeva il centro ecclesiastico di Costantinopoli (di religione Ortodossa). La grande Chiesa, sorta sul sito dell'attuale Santa Sophia, fu fatta costruire e poi consacrata da Costantino II nel 360 e poi ricostruita ben due volte sotto Teodosio II e sotto Giustiniano I. Da lì partiva la via colonnata principale di Costantinopoli, detta in seguito Mese, che si dirigeva verso occidente fino al foro di Costantino I; essa proseguiva per una piazza pubblica per poi giungere al foro di Teodosio, detto anche forum Tauri, decorato con due archi trionfali, dei quali restano delle rovine.

Il rifornimento idrico era dato da un acquedotto, noto anche come acquedotto Valete, che arrivava in un quartiere di Istanbul, e da qui l’acqua veniva portata da cisterne, sia visibili (cioè in superficie, come la Mocius a sud-ovest e la Aetius e la Aspar a nord-ovest), sia sotterranee, come quelle in vicinanza del Palazzo, chiamato dai Turchi il Palazzo Sommerso proprio per questo motivo. Tali cisterne sotterranee formavano due vasti ambienti con volte sorrette da file di colonne. Come in ogni altra città dell'antichità classica, l'acquedotto e le cisterne rifornivano fontane, terme pubbliche o private.

Il primo tipo, a Costantinopoli, era quello della basilica del monastero Stoudios, di cui si possono ancora osservare i resti. La basilica era dedicata a San Giovanni Battista e venne costruita verso la fine del V secolo. Anticamente era preceduta da un atrio abbellito da un porticato, che aveva colonne monolitiche in marmo verde con capitelli in marmo bianco che reggevano un architrave sormontato da una serie di campate, come per formare una sorta di galleria. Il secondo tipo, a pianta centrale, è presente nella chiesa dei Santi Sergio e Bacco. Costruita fra il 526 e il 536 sotto il regno di Giustiniano I, la chiesa è a forma ottagonale con quattro esedre semicircolari ed è dotata di gallerie e di una cupola.

Nei fori e negli incroci gli Imperatori fecero erigere statue e colonne che recavano loro onore, come quelle di Costantino I, Arcadio e Marciano, delle quali sono rimasti alcuni resti. Molti monumenti antichi vennero tolti e posti a Costantinopoli in modo da abbellirla come se fosse stata un museo. All'Ippodromo si trovava la Colonna Serpentina in bronzo, che veniva da Delfi, e l'obelisco di Tutmosi III (che si era spezzato a metà al momento del trasporto, al tempo di Teodosio II, dopo che venne preso da Karnak. I famosi cavalli di San Marco, invece, adornavano il palco Imperiale, dove rimasero finché i Veneziani li sottrassero nel 1204 dopo la quarta crociata, con la conquista della città, insieme a buona parte del territorio.

Verso la fine del IV secolo, per la minaccia di invasioni germaniche, in particolare da parte dei Goti che si trovavano a nord del Danubio, le mura che cingevano la parte occidentale della città di Costantino I furono rinforzate con dei poderosi bastioni. Essi furono estesi fino ad occidente per includere le cisterne suburbane, in modo che in caso di invasione, la città sarebbe stata ugualmente rifornita d'acqua. Costruiti solidamente, alternando strati di pietra e di mattoni secondo la stessa tecnica dei romani, ovvero quella dell'opus mixtum, formavano linee gemelle di difesa separate da un fossato e irte di torri.

Per molti secoli resero la città impenetrabile. I cristiani iniziarono a costruire due tipi di chiese: il primo tipo era la Basilica, con una lunga navata centrale e il tetto ricoperto di travi di legno, separata dalle navate laterali da colonnati e dotata di un'abside semicircolare, e, davanti alla facciata, di una corte porticata o atrium. Il secondo tipo, destinato a servizi funebri, derivava dal pantheon o dai saloni di ricevimento circolari o poligonali dei palazzi Romani. In questo caso la pianta era inscritta in un quadrato e la chiesa era coperta da una grande cupola. Rimane impressionante la loro raffinatezza nella decorazione in rilievo, e in particolare della trabeazione marmorea che ha il compito di sostenere la galleria, dove vi è un'iscrizione per onorare la coppia Imperiale. La chiesa costruita dalla Principessa Anicia Juliana in onore di San Polieuto intorno al 520-530 è stata riportata alla luce da scavi. I numerosi elementi di decorazione in rilievo recuperati, tutti eseguiti in marmo proconnesio, sono molto ricchi: timpani decorati con tralci di vite, nicchie in cui sono raffigurati pavoni dalla coda dispiegata, colonne intarsiate con pietre e con vetri colorati e capitelli interamente scolpiti con motivi floreali stilizzati. I famosi Pilastri Acritani, oggi a Venezia, provengono da questo edificio, che fu abbandonato nell'XI secolo.

Tuttavia Santa Sophia rimane l'impresa maggiore di tutto il periodo Bizantino. E' l'edificio più grande mai costruito dai Bizantini. Gli stessi Bizantini la consideravano frutto di un intervento divino. Iniziata nel 532, terminata e consacrata nel 537, è stata progettata dagli architetti Antemio di Tralle e Isidoro di Mileto. La novità della chiesa sta nella combinazione dei due tipi di chiesa, a basilica e a pianta centrale. Dal primo deriva la navata a galleria, separata tramite colonnati dalle navate laterali; dal secondo prende la cupola gigantesca, più di 30 metri di diametro, supportata da quattro archi massicci. Due di questi archi sovrastano i muri e le campate laterali della navata centrale, mentre gli altri due si aprono su mezze cupole più basse. Queste, a loro volta, conducono, verso occidente, a due ampie esedre e, ad oriente, ad altre tre esedre, una delle quali costituisce l'abside. L’edificio, infine, si inscrive in quello che praticamente è un quadrato (75x70 metri).

L'arte bizantina sviluppò una grande influenza soprattutto sull'arte dei longobardi, una popolazione proveniente probabilmente dalla Scandinavia, che tra il VI e VII secolo d.C. occuparono gran parte d'Italia. I longobardi stabilirono come loro capitale Pavia e l'abbellirono di ricchi monumenti. I longobardi erano una popolazione arretrata esente da una legislazione scritta e non avevano nessun tipo di commercio e l'economia era basata principalmente sull'agricoltura e sull'artigianato. Nel 605 i bizantini e i longobardi decisero una divisione dell'Italia stabilendo la loro zona d'influenza.

Inoltre, l'arte bizantina influenzò sia l'architettura romanica sia la pittura di gran parte del Medio Evo, fino ad arrivare, ancora nel XV secolo, a lasciare traccia di sé nella scuola pittorica forlivese, soprattutto nell'opera del grande Melozzo da Forlì.