Keltové začali Olomouc osidlovat asi od 5. stol. př. n. l. V Neředíně archeologové našli pozůstatky keltského sídliště, včetně chatrčí, výrobního objektu a zásobárny potravin. Jiné osídlení bylo nalezeno na tř. Spojenců a v Sokolské ulici.

Unikátní laténské nálezy (laténská kultura je jednou z keltských kultur doby železné, je pojmenována podle města La Tene ve Švýcarsku) – například zlomek skleněného náramku, pozdně laténská spona nebo dvě zlaté mince – pocházejí z ulic Křížkovského a Pekařské. Ovšem vůbec nejcennější nález z tohoto období pochází z Nemilan, kde byl nalezen hrob keltského bojovníka s kompletní výzbrojí.

Již ve starověku vedla přes Olomouc významná obchodní cesta, táhnoucí se od Středomoří až k Baltu, směrem na sever putovaly luxusní středomořské výrobky (keramika, šperky, zlato) a směrem na jih baltský jantar. Zalesněnou středoevropskou krajinu lemovaly podél této stezky vesnice, které sem tam navštěvovali římští obchodníci.

Římský historik Plinius Starší (23-79 n. l.) ve svých spisech zaznamenal, že v době císaře Nerona (vládl 54-68 n. l.) se jeden římský šlechtic vydal na cestu za jantarem ke břehům Baltu. Tato jantarová cesta vedla také přes Olomouc, především kvůli jeho strategické poloze.