Γραπτές πηγές και αρχαιολογικά ευρήματα μαρτυρούν την ύπαρξη οικισμού στο Δίον ήδη από τον 5ο αι. π.Χ., ο οποίος θα συνδεόταν με τις προϋπάρχουσες λατρείες του Δία και των Μουσών. Κτισμένη σε επίπεδο έδαφος, η πόλη του Δίου βρισκόταν σε απόσταση περίπου 1,5 χιλιομέτρου από τη θάλασσα και συνδεόταν με αυτή μέσω του πλωτού τότε ποταμού Βαφύρα. Η σημερινή απόσταση από τη θάλασσα είναι 5-6 χιλιόμετρα, λόγω των προσχώσεων από τους χειμάρρους του Ολύμπου που απομάκρυναν την ακτογραμμή. 

Η παλαιότερη γραπτή μαρτυρία για την πόλη του Δίου ανάγεται στην περίοδο του Πελοποννησιακού πολέμου και απαντά στον Θουκυδίδη (4.78.4-6). Ο ιστορικός μνημονεύει το «πόλισμα» του Δίου ως τον ενδιάμεσο σταθμό της πορείας του Σπαρτιάτη στρατηγού Βρασίδα προς τη Χαλκιδική, το 424 π.Χ., προκειμένου να συνδράμει στην αποστασία των αθηναϊκών κτίσεων.

Με τον καιρό αναπτύχθηκε και λειτούργησε ως μία σημαντική πόλη της Μακεδονίας, που απέκτησε σταδιακά μνημειακή μορφή, δίπλα στους επίσημους χώρους λατρείας του Μακεδονικού βασιλείου. Στα τέλη του 4ου αι. π.Χ., ο Μακεδόνας βασιλιάς Κάσσανδρος, αποφάσισε να δώσει στο πόλισμα τη μορφή αστικού κέντρου. Οχύρωσε την πόλη με έναν επιβλητικό οχυρωματικό περίβολο που περιέκλειε έκταση 43 εκταρίων (430 στρεμμάτων) και είχε περίμετρο 2.625 μέτρα. Η πόλη οργανώθηκε σύμφωνα με το ιπποδάμειο σύστημα και διέθετε πολεοδομικό σχέδιο με δρόμους χαραγμένους στους άξονες ανατολής-δύσης (decumani) και βορρά-νότου (cardines), οι οποίοι τέμνονται κάθετα μεταξύ τους οριοθετώντας οικοδομικές νησίδες (insulae).

Η πόλη γνώρισε αλλεπάλληλες οικοδομικές φάσεις ανά τους αιώνες, με περιόδους μεγάλης ακμής και ανοικοδόμησης ,αλλά και καταστροφής και λεηλασιών. 

Καταλήφθηκε από τον Ρωμαίο ύπατο Μάρκιο Φίλιππο, έναν χρόνο πριν κατακτηθεί οριστικά το μακεδονικό βασίλειο από τους Ρωμαίους στη μάχη της Πύδνας, το 168π.Χ. Τα πλεονεκτήματα της θέσης και η ιδεολογική σημασία της πόλης ως το παραδοσιακό θρησκευτικό κέντρο των Μακεδόνων, υπήρξαν τα κίνητρα για να ιδρύσει ο πρώτος Ρωμαίος αυτοκράτορας, Οκταβιανός Αύγουστος, μετά τη νίκη του στο Άκτιο το 31 π.Χ., ρωμαϊκή αποικία στο Δίον, με το όνομα Colonia Iulia Augusta Diensis.

Η πόλη του Δίου γνώρισε μεγάλη οικονομική και πολιτιστική ανάπτυξη κατά τους ύστερους ρωμαϊκούς χρόνους. Τότε έγινε εκτεταμένη ανοικοδόμηση του πολιτικού κέντρου της αποικίας και ανεγέρθηκαν πολυτελή δημόσια και ιδιωτικά κτήρια.

Μία κεντρική οδική αρτηρία (cardo maximus) διέσχιζε την πόλη από βορρά προς νότο, συνδέοντας τις αντίστοιχες πύλες του τείχους και είχε στοές στις δύο πλευρές της, ήταν δηλαδή μία via colonnata. Δημόσια κτήρια, όπως το συγκρότημα της ρωμαϊκής αγοράς (forum), συγκροτήματα δημοσίων λουτρών και δημόσια αποχωρητήρια (βεσπασιανές), χώροι άθλησης, υποδομές φιλοξενίας και εστίασης, καταστήματα και πολυτελείς κατοικίες καταλάμβαναν τα οικοδομικά τετράγωνα δίπλα στον κεντρικό δρόμο. Η περίφημη φέροπλος ζωφόρος («Μνημείο των ασπίδων») ανήκε αρχικά σε ένα δημόσιο κτήριο με μεγάλες διαστάσεις και μνημειακή διαμόρφωση.

Οι ιδιωτικές οικίες της πόλης οικοδομήθηκαν από μία εύπορη και ισχυρή ελίτ, η οποία αντιλαμβανόταν την κατοικία όχι αποκλειστικά ως ιδιωτικό χώρο αλλά ως συνισταμένη του δημόσιου βίου και ως μέσο προβολής του κοινωνικού της κύρους. Τα μεγάλα οικιστικά συγκροτήματα  που έχουν εντοπιστεί (οικίες Διονύσου, Ευβούλου, Επιγένους, Ζωσά, Λήδας, Αθηνάς) χαρακτηρίζονται από ιδιαίτερη πολυτέλεια, που αποτυπώνεται στις μεγάλες τους διαστάσεις, στα ψηδιφωτά δάπεδα, στα πολύχρωμα κονιάματα των τοίχων και στα πολύτιμα κινητά ευρήματα.

Την αστική εικόνα της πόλης συμπλήρωνε ένα προσεγμένο σύστημα υδροδότησης και αποχέτευσης. Μεγάλοι κτιστοί αγωγοί κατασκευάζονταν κάτω από τους δρόμους για να εξυπηρετήσουν την αποχέτευση, ενώ μολύβδινοι σωλήνες κυκλικής διατομής χρησιμοποιούνταν συχνά για την υδροδότηση.

Μετά από την επικράτηση του Χριστιανισμού, το Δίον έγινε έδρα επισκοπής και έζησε περίοδο ευημερίας. Παρά τη συρρίκνωση της πόλης μέσα σε έναν μικρότερο οχυρωματικό περίβολο, στα τέλη του 4ου ή στις αρχές του 5ου αι. μ.Χ., ιδρύθηκαν σε αυτήν μία μεγαλοπρεπής επισκοπική βασιλική, αλλά και μία κοιμητηριακή βασιλική, έξω από τα τείχη, δείγματα της τελευταίας ακμής της πόλης, κατά την περίοδο την ύστερης αρχαιότητας..

Κατά την όψιμη αρχαιότητα, το Δίον είναι η μόνη πόλη της Πιερίας που αναφέρεται στον Συνέκδημο του Ιεροκλέους, έναν κατάλογο που απαριθμεί  τις εξήντα τέσσερεις επαρχίες και τις εννιακόσιες δ ώδεκα πόλεις της βυζαντινής αυτοκρατορίας κατά τον 6ο αι. μ.Χ.

Μετά την εγκατάλειψή της, η ανάμνηση της οχυρωμένης πόλης επέζησε ως τους σημερινούς κατοίκους του χωριού που την λένε Κάστρο.