В середине VI в. до н. э. часть жителей Кирены во главе с братьями тогдашнего царя переселилась на запад. Они основали города Барка, Аполлония, Евгесперидис и др.
В это же время финикияне основали в Триполитании г. Лептис (Лептис Магна), на запад от него — г. Эя (позднейший г. Триполи) и еще далее на запад от него — г. Сабрата. Область, где располагались эти три города (по-гречески Триполис), получила поэтому название «Триполитания».
Позднее Триполитания стала частью могущественной Карфагенской державы.
На севере Ливии в то время существовало два очага средиземноморских цивилизаций: полугреческая Киренаика и полуафриканская Триполитания. Но параллельно им возникли и развивались очаги самобытной цивилизации в Сахаре. Один из них— оазис Сива на нынешней границе Ливии с Египтом, известный в древности как оазис Амона. Оазис был важным узлом караванных путей из Египта в Сахару в страны Тропической Африки.
Ближайшей из этих стран была Гарамантида, или царство гарамантов. Его бывшая столица — знаменитый своим богатством г. Гарама (Джерма) до сих пор хранит следы самобытной цивилизации. Царство гарамантов включало в себя весь современный Феззан с его оазисами и городами-оазисами, включая Гадамес (античный Кидамус), а также горные массивы и оазисы к югу и западу от него. Северными соседями гарамантов были берберские племена маков (в VI–V вв. до н. э.) и феззанцев (в I в. до н. э.), по имени которых получил свое название Феззан. Их южными соседями были темнокожие племена эфиопов.
Во второй половине VI в. до н. э. сюда дошли войска могущественной персидской державы Ахеменидов. Завоевав в 525 г. до н. э. Египет, персы не сумели продвинуться на запад, но греки, финикийцы и ливийцы Киренаики были вынуждены признать над собой верховную власть персидского царя.
Распад Римской империи привел к политическому разделению Ливии. С конца III в. до н. э. Триполитания, выделенная в особую провинцию, вошла в Западную Римскую империю, а с 445 г. — в Вандальско-Аланское королевство, Киренаика — в Восточную Римскую империю.
Особое значение имело распространение в Ливии римского и ранневизантийского периодов монотеистических религий. Со II–III вв. в Триполитании и Киренаике начало распространяться христианство. Как и в других странах Северной Африки, оно выступало здесь в качестве идейной основы народных движений. В VI в. христианство стало официальной религией царства гарамантов и было вытеснено исламом лишь к X–XI вв.
Завоевав Египет, арабы-мусульмане уже в 642 г. совершили первый поход на Киренаику. Барка, тогдашний главный город провинции, сдался им без боя, уплатив большую дань золотом. В следующем году его участь разделил и г. Адждабия. Отсюда арабы двинулись на Триполи, Феззан и Га-раму, которых они разорили и обложили данью. Правитель Гарамы был взят в плен, а само царство гарамантов, просуществовавшее полтора тысячелетия, прекратило свое существование. Власть халифов и их наместников постепенно распространилась на все районы нынешней Ливии. В дальнейшем вплоть до конца Х в. Триполитания, Киренаика и Феззан {до начала X в.) входили в состав одного государства: сначала Омейядского, затем Аббасидского, включавшего вассальное государство на территории нынешней Ливии (Аглабидов), и, наконец, Фатимидского халифатов. Но арабские географы и тогда четко различали три провинции Тараблюс (Триполитанию), Барку (Киренаику) и Феззан.