Офіційна назва держави, що вживалася протягом усієї її історії, — «Ромейська імперія» — підкреслювала спадкоємність між Візантійською та Римською імперіями. Мешканці Візантії, серед яких були предки сучасних греків, південних слов'ян, румунів, молдаванів, італійців, французів, іспанців, турків, арабів, вірменів та багатьох інших сучасних народів, називали себе ромеями або римлянами. Саме від цієї назви походить сучасна самоназва принаймні двох народів — румунів та ромів.
Визначення «візантійська» є похідним від назви столиці імперії. Попри те, що офіційно столиця іменувалася Новим Римом, а пізніше — Константинополем, за вкоріненою звичкою мешканці міста використовували і його старогрецьке ім'я — Візантій.
Після поділу Римської імперії навпіл у 395 році західну частину для зручності почали іменувати Гесперійською імперією (від давнього поетичного визначення «західних країв»), а для східної із столицею в Константинополі використовували прикметник «візантійська» (тобто «константинопольська») — саме так це слово вживали, зокрема, тогочасні історики Пріск та Малх.
Із падінням Гесперії у 476 році титул імператора зберігся лише за константинопольскими володарями. Відтак необхідність у вживанні окремого терміну для позначення їхньої держави зникла. Імперія надалі іменувалася просто Римською або Ромейською. Прикметник «візантійський» використовували й надалі — він, зокрема, зустрічається у працях патріарха Фотія та у Суді — але найчастіше як синонім слову «константинопольський».
У староруських і старослов'янських літописах також вживаються назви Християнське і Грецьке царство.
У науковий вжиток назва «Візантійська імперія» (а також скорочено — Візантія, термін, який ніколи не вживали за часів існування імперії) була запроваджена вже після здобуття Константинополя Мехмедом II і зникненням самої держави. Вперше в цьому сенсі її використав німецький вчений Ієронім Вольф[en] в 1557 році.