La plus ancienne trace d'occupation humaine, retrouvée rue de Frémur, remonte à 400 000 ans avant J.-C. (paléolithique inférieur). Les vestiges deviennent plus abondants au néolithique (nombreuses haches en pierre polie). Le site d'Angers est occupé dès cette époque puisqu’un cairn (sépulture collective sous un tertre de pierre) a été retrouvé sous la cour du château. Une superbe épée de l’âge de Bronze a été découverte dans la Maine en aval du pont de la Basse-Chaîne. Au Ve siècle avant J.-C., le peuple celte des Andes s'établit dans le pays, surtout au nord de la Loire, et lui donne son nom.
D'après les fouilles effectuées au château, le site d’Angers était un oppidum densément occupé à la fin de l'âge du Fer (vers 70-50 avant J.-C.). Les textes, quant à eux, sont muets sur la capitale des Andes. Le nom de Juliomagus (le marché de Jules [César]), sans doute ancien, n’est attesté qu’au IIIe siècle. Peuplée au début d'artisans, la ville prend ensuite un caractère plus résidentiel. Déployée sur soixante hectares (à peu près comme Lutèce), elle est organisée suivant le schéma orthogonal des villes romaines : son axe principal, le decumanus maximus, correspond à l'actuelle rue Saint-Aubin.
Notre connaissance de la ville gallo-romaine est encore fragmentaire. Les grands monuments - excepté l’amphithéâtre - nous sont inconnus. Le forum devait être situé aux alentours de la cathédrale actuelle. L’emplacement du château était sans doute occupé par un vaste monument. On connaît mieux les thermes publics, place de la République et rue Delaâge, ainsi que l'habitat particulier grâce aux fouilles de ces dernières décennies : thermes et demeures de la place du Ralliement, ateliers des potiers, fours à chaux, bronzier à l'emplacement de la Bibliothèque municipale. Juliomagus avait plusieurs nécropoles, le long des voies routières, vers le sud (gare Saint-Laud) et vers le nord, dans la direction de Paris (aux environs de la place du Général-Leclerc).
Avec les invasions des années 275-276 et l'état d'insécurité permanent de la campagne environnante, les habitants se replient sur le point le plus élevé du site (fin IIIe - début IVe siècles) et s'entourent de murailles qui ne délimitent qu'une superficie d'environ neuf hectares. Ce sont encore, malgré les remaniements, les vestiges les plus visibles de la période gallo-romaine. Il en subsiste une partie le long de la rue Toussaint. Deux tours sont conservées, très reprises : la tour Villebon dominant la rue Baudrière et la tour de l'évêché. À cette période correspond l’usage d’une nouvelle nécropole, à inhumation et non plus à incinération, à l’emplacement du nouveau parking en silo de la gare. Comme beaucoup de villes, l'agglomération reprend aux IVe-Ve siècles le nom du peuple gaulois qui l'habitait : civitas Andecavorum, ou Andecavis, origine de son nom actuel.