Он родился около 245 года в Далмации, на восточном берегу Адриатики, и звался Диокл. Источники расходятся в том, кем были его родители — то ли мелким писцом, то ли вольноотпущенником сенатора. Ни то ни другое не давало шансов на власть в Риме. Единственным путём наверх для такого человека была армия, и Диокл прошёл по этому пути до конца: дослужился до командующего в Мёзии, а затем попал в личную охрану императора Кара — элитный корпус телохранителей, из которого при удаче можно было выйти в большие люди.
Удача пришла страшной ценой. В 284 году, во время похода на персов, при загадочных обстоятельствах умер соправитель и сын Кара Нумериан — по свидетельству античных авторов, его тело нашли в закрытых носилках уже разлагающимся. Диокл публично обвинил в убийстве префекта претория Апра и на глазах у собравшегося войска зарубил его мечом. В тот же день, 20 ноября 284 года, солдаты провозгласили Диокла Августом. Он взял себе более благозвучное имя на латинский манер — Гай Аврелий Валерий Диоклетиан.
Империя, которую он унаследовал, полвека сотрясали мятежи, узурпации и вторжения — один человек физически не мог удержать её границы. Диоклетиан ответил на это не завоеваниями, а перестройкой системы власти. В 293 году он учредил тетрархию: правление четырёх — двух старших августов и двух младших цезарей, каждый со своей частью границы и своей армией. Себе он оставил восток и перенёс резиденцию в Никомедию, а Рим, по существу, перестал быть столицей — город, которым он правил, он посетил лишь однажды за двадцать лет.
Параллельно шла реформа самого устройства власти: военное и гражданское управление развели по разным рукам, число провинций почти удвоили, ввели новую систему налогообложения, основанную на регулярной переписи людей и земли. В 301 году эдиктом о максимальных ценах Диоклетиан попытался остановить инфляцию, установив потолок цен на сотни товаров и услуг под угрозой смертной казни для нарушителей — и почти сразу проиграл: торговля уходила в тень, а эдикт тихо перестал исполняться.
В феврале 303 года Диоклетиан начал самое суровое и последнее в истории Рима гонение на христиан. Первый эдикт предписывал разрушать церкви, сжигать священные книги и лишать христиан должностей и гражданских прав. Следующие эдикты пошли дальше: аресты духовенства, а затем — под страхом смерти — требование всеобщего жертвоприношения языческим богам. Строже всего указы исполнялись на востоке империи, где правил сам Диоклетиан; на западе дело почти ограничилось разрушением отдельных зданий. Меньше чем через сто лет всё обернётся противоположностью: при императоре Феодосии I христианство станет государственной религией империи.
Гонения не принесли того, на что рассчитывал Диоклетиан, а здоровье его к 305 году было подорвано долгой болезнью. 1 мая того года он сделал то, чего до него не делал ни один римский император, — добровольно отказался от власти, сложив пурпур в Никомедии, и убедил сделать то же самое своего соправителя Максимиана. Он уехал в Далмацию, в город Салону, рядом с которым построил себе укреплённый дворец — Спалатум, из которого позже вырастет хорватский город Сплит.
Когда несколько лет спустя его звали вернуться и рассудить споры между новыми претендентами на власть, Диоклетиан, по преданию, ответил, что если бы гости увидели овощи, которые он вырастил своими руками, они бы больше не предлагали ему променять этот сад на трон. Систему четырёх правителей, которую он придумал, его преемники не удержали — она развалилась в войнах между новыми претендентами на власть. Но административный костяк империи, выстроенный Диоклетианом, пережил и его самого, и саму тетрархию.