Lucca befand sich ab dem ersten Jahrhundert n. Chr. nacheinander unter ostgotischer, byzantinischer und langobardischer Herrschaft. Nach dem Gotenkrieg übernahm Frediano, der Bischof von Lucca, die Verwaltungsfunktionen und förderte wichtige hydraulische Interventionen um die Stadt vor den Hochwassern des Flusses Serchio zu schonen. Frediano spielte außerdem als Vermittler zu Beginn der langobardischen Invasionen eine wichtige Rolle. Während des langobardisches Herzogtums wurde in Lucca eine der ältesten Münzstätten Europas gegründet. Außerdem ist die Stadt wichtiger Knotenpunkt der Via Francigena (Frankenstraße).
Nach der langobardischen Periode fiel Lucca 990 in die Macht der Franken und unter Karl dem Großen wurde sie zur Hauptstadt der Markgrafschaft Tuscia. Hier residierten u.a. der Markgraf Adalberts II von Tuszien.
Während der Karolingerzeit entwickelte sich Lucca zur Handelsstadt, insbesondere dank der Herstellung von Stoffen, deren Qualität und Schönheit ihr eine zentrale Position in Europa verschafften.
Bis zum 10. Jahrhundert fungierte Lucca als Schiedsrichter in allen italienischen Ereignissen jener Zeit und kontrollierte die Hauptzugangsader nach Rom in fast völliger Autonomie.
Mit der Aufhebung der Markgrafschaft Luccas und der Gewährung einer größeren Verwaltungsautonomie - wie die königliche Urkunde Heinrichs IV von 1081 bekundet– wurde Lucca zur Kommune um 1100.
Im Laufe des 12. Und 13. Jahrhunderts konnte die Kommune Lucca Ihren Hoheitsbereich durch die Aneignung der umliegenden Besitztümer lokaler Feudalherren erweitern, und so die Urbanisierung und die Kontrolle verstärken. Das bewohnte Gebiet weitete sich außerhalb der Stadtmauer auf der östlichen, westlichen und nördlichen Seite aus, so dass 1260 ein zweiter Mauerring errichtet wurde. Innerhalb der Stadtmauer waren die Bauarbeiten für Umbauten oder Erweiterungen der Kirchen, Erhöhungen der Palazzi und anderer Gebäude an der Tagesordnung. Die etwa zehn Herrentürme, die im 13. Jahrhundert zu zählen waren, bezeugen dies. Die durch die Frankenstraße zunehmenden Handels- und Tauschgeschäfte stärkten die Wirtschaft und das Bankwesen Luccas, hinzu kam eine der wichtigsten und fortgeschrittenen Seidenmanufakturen Europas.
In der zweiten Hälfte des 13. Jahrhunderts teilte sich das inzwischen guelfische Lucca in zwei Fraktionen: Neri (Vertreter des Handelsbürgertums) und Bianchi (Landadel).
Die Allianz mit Florenz zu Beginn des 13. Jahrhunderts brachte wichtige territoriale Ausdehnungen beider Städte, auch wenn Lucca einige interne soziale Spannungen, die zum Misserfolg der städtischen Institutionen führten, bewältigen musste: 1308 reformierte die schwarze regierende Seite das Gemeindestatut und verbannte die Magnaten-Familien aus der Stadt.
In der Nacht des 14. Juni 1314 wurde Lucca, das zu der Zeit politisch instabil war, von Uguccione della Faggiola, dem damaligen Stadtherren Pisas, und mit der Unterstützung des aus Lucca stammenden Castruccio Castracani degli Antelminelli erstürmt und tagelang geplündert.
1316 wurde Uguccione vertrieben und Castruccio Castracani wurde zum neuen Stadtherrn Luccas. Mit ihm konsolidierte sich der ghibellinische Machteinfluss und förderte eine Ausdehnungspolitik zu Ungunsten des guelfischen Florenz. Nach seinem plötzlichen Tod im Jahre 1328 verfiel das Herzogtum Lucca in eine Zeit der Dekadenz.
Erst 1372 konnte die Republik Lucca, auch durch die europaweit aktiven Luccheser Kaufleute unterstützt, wieder aufgerichtet werden.
1400 kam es zu einem erneuten Wechsel als Paolo Guinigi zum alleinigen Stadtherrn von Lucca gewählt wurde, dank eines Handstreiches von Giovanni Sercambi, der ihn als Friedensbringer und Unterstützer der antiflorentinischen Politik der Stadt darstellte.
Im Laufe des 14. Jahrhunderts wurde das Stadtbild stark durch die Errichtung der Augustus Festung (1322) im südwestlichen Teil der Stadt geprägt. Sie umfasste die Stadtteile San Pietro in Cortina (die heutige Piazza Grande), den Palazzo Ducale und San Romano. Die Ortsteile, die sich östlich außerhalb der Stadttore Porta di Borgo und Porta San Gervasio und um die Kirchen San Francesco und San Ponziano gebildet hatten, wurden mit der Erweiterung des Mauerrings eingeschlossen. Die städtische Struktur erreichte damit ihre heutige Dimension.
