В Александрии был организован крупнейший научный центр эллинистического мира – Мусейон (греч. – место пребывания Муз), где вели исследования в различных областях (филологии, астрономии, географии, математики, ботаники, зоологии и медицины) и писали свои труды основатель александрийской школы грамматиков Каллимах и поэт Феокрит; механик и изобретатель Архимед; математики Евклид и Аполлоний из Перги; архитектор Александрийского маяка Сострат из Книда; основатель географии Эратосфен из Кирены; создатель гелиоцентрической системы Аристарх Самосский; философ-стоик Посидоний Апамейский; Эрасистрат из Кеоса, разработавший основы физиологии, и многие другие. При императоре Марке Аврелии (161–180 гг.) Мусейон был разрушен, и вплоть до конца IV в. научные исследования велись при храме Сараписа. В Александрии располагалась крупнейшая библиотека Античности, в которой к I в. до н.э. хранилось около 700 тыс. рукописных томов. Филологи, трудившиеся в библиотеке, впервые стали применять критику текстов и оформили «александрийский канон»  – список классических книг Античности. Во время пожара 47 г. до н.э. библиотека сгорела, и большая часть рукописей погибла; в императорское время библиотека помещалась в Серапейоне (Сарапеуме) и была окончательно уничтожена с его разрушением в 391 г. В I в. до н.э. Александрия стала ареной гражданских войн в поздней Римской республике. В 47 г. до н.э. здесь был убит Гней Помпей, бежавший от Цезаря, который вернул власть египетской царице Клеопатре VII, одержав победу в Александрийской гавани (именно тогда устроенный Цезарем пожар флота перекинулся на городские кварталы, погубив знаменитую библиотеку). В 31 г. до н.э. потерпевшие поражение от Октавиана Августа в морском сражении у мыса Акций Антоний и Клеопатра покончили жизнь самоубийством, и 4 августа 30 г. до н.э. в Александрию вошли римские войска. Египет был объявлен римской провинцией, что считается завершением эллинистической эпохи. В римское время Александрия, уступавшая по значению только самому Риму, играла важную роль как морские ворота Египта – хлебной житницы Римской империи. Императоры заботились о процветании города, где, тем не менее, всегда господствовал оппозиционный дух. Посетивший город император Каракалла (211–217 гг.), раздражённый намёками жителей на убийство им собственного брата, устроил в Александрии массовые казни и ввёл легионы. С III в. начинается постепенный упадок Александрии. После смерти императора Деция (251 г.) александрийцы выдвинули своего кандидата на римский престол – Эмилиана. В 270 г. император Аврелиан за поддержку жителями Александрии пальмирской царицы Зиновии велел срыть городские стены. В IV в. Александрия, которая была крупнейшим городом Восточной Римской империи – Византии, стала ареной борьбы между православными и арианами. Позднее в результате соперничества Александрии с быстро растущей новой столицей (Константинополем) в ней ещё больше возросли антиимперские настроения, что способствовало поддержке ереси монофизитства со стороны значительной части населения Александрии. В 641 г. после 14-месячной осады Александрию захватили арабы во главе с военачальником Амром. С VII в. стала сворачиваться внешняя торговля города (кроме связей с Индией, поддерживавшихся венецианскими купцами); после основания Каира (969 г.) Александрия окончательно утратила ведущую роль в Восточном Средиземноморье.