بابل به‌عنوان یک ایالت به ایران آن روز ضمیمه شد و طی دو سده مرکز ثروتمندترین ساتراپ امپراتوری هخامنشیان بود. در این شهر دانش‌های گوناگونی چون ستاره‌شناسی و ریاضیات گسترش یافت. گفته می‌شود بابل چهار ماه در سال خواربار دربار هخامنشی را تامین می‌کرده و احتمالا پایتخت زمستانی هخامنشیان اولیه بوده‌ است؛ به این خاطر شمار فراوانی از ایرانیان در سمت‌هایی مانند قاضی، مقام حکومتی و از دوره پیش از داریوش یکم، به‌عنوان مالک و زمین‌دار در بابل مسکن گزیدند. هرودوت، مورخ یونانی، نوشته است؛ بابل در این زمان باشکوه‌ترین شهر جهان بود و معروف است که باغ‌های معلق بابل یکی از عجایب هفت‌گانه جهان باستان متعلق به این شهر بود. این شهر در سال ۳۳۱ پیش از میلاد، از سوی اسکندر مقدونی اشغال شد. اسکندر تصمیم داشت آن را پایتخت قلمرو خود کند. او در همین شهر و در قصر بخت‌النصر از دنیا رفت. بابل در زمان سلوکیان، با احداث شهر بزرگ سلوکیه به‌عنوان پایتخت این امپراتوری و انتقال ساکنان بابل به آن شهر، اهمیت پیشین خود را از دست داد. بقایای ویران‌شده این شهر امروزه در استان بابل عراق، حدود ۸۸ کیلومتری جنوب بغداد، واقع شده ‌است.