1. 材质不同
拜占庭穹顶一般采用砖块砌筑，而古罗马穹顶则多采用古罗马混凝土浇筑而成。拜占庭穹顶由古罗马时期的普通圆形平面转为球形拱门（万神殿）演变为平面为正方形中间加转换层再转为球形拱门（圣索菲亚大教堂），大大提高了建筑平面施工的自由度。
2.外观不同
拜占庭穹顶的圆形跨度较小，圆弧基本占据了整个圆的一半以上，而古罗马穹顶的跨度则很大，例如米开朗基罗的万神殿穹顶，几个世纪以来一直领先，没有任何建筑可以超越它。
此外，罗马建筑的圆顶形状接近半圆形，而拜占庭建筑的圆顶形状则更接近洋葱形，如君士坦丁堡的圣索菲亚大教堂。以上两座建筑与希腊的雅典娜神庙并列为中世纪欧洲最杰出的三座建筑之一。
3.特点不同
拜占庭式建筑的特点是十字的横、纵长度都比较小，交叉处为一个大型圆形穹顶。穹顶建在方形平面上，覆盖穹顶，重量落在四根独立的柱子上。圣索菲亚大教堂是典型的拜占庭式建筑，其地基与罗马式建筑相同，呈矩形，但屋顶中央部分由一个巨大的圆形穹顶和前后半圆形穹顶组成。
古罗马建筑是古罗马人沿袭亚平宁半岛伊特鲁里亚人的建筑技术（主要是拱门技术），继承了古希腊建筑的成就，并在建筑形式、技术和艺术上进行了广泛的创新的一种建筑风格。古罗马建筑的一般特点是厚砖石墙、半圆形拱门、层层门框装饰、十字拱顶结构。
参考：
百度百科-拜占庭式建筑
百度百科-古罗马建筑