Происходил из Каппадокии; при императоре Константине Дуке был назначен правителем Средца.
Принадлежа к военно-патриотической партии, Роман с ненавистью относился к партии придворно-бюрократической, во главе которой стояли брат покойного царя, кесарь Иоанн Дука, и Пселл. Уличённый в заговоре, с целью добиться престола, Роман был схвачен и привезён в столицу, где вдовствующая царица Евдокия, при допросе арестованного, была поражена его мощной фигурой и благородной осанкой. Роман получил прощение и вскоре был возведён в сан магистра и стратилата.
Евдокия, наследовавшая престол вместе с 3 сыновьями Дуки, Михаилом, Андроником и Константином, вскоре убедилась, что ослабленному внешними и внутренними неурядицами государству может помочь только сильная рука воина, и решила вторично выйти замуж, хотя, по рассказу Скилиция, и дала обещание не вступать в новый брак. Придворный кружок, опасавшийся за своё влияние, ревниво следил за точным выполнением этого обещания, но патриоты наметили Романа как кандидата на престол. 31 декабря 1067 года Роман был тайно введён во дворец, и его противникам пришлось признать совершившийся факт.
В силу договора, формально заключённого с Романом, титул царей носили, вместе с ним, и сыновья Дуки. Придворная партия ненавидела нового царя, мужественного, но малопроницательного и легко увлекавшегося. Её интриги проникли даже в армию, в среду высших офицеров. Стали ходить слухи, будто Роман намерен свергнуть Евдокию и сыновей Дуки, чтобы единовластно править государством.
Подобно великим царям Македонской династии, царь решился лично отправиться в поход на сельджуков, с беспримерным варварством опустошавших азиатские фемы. Но неуместная скупость и неспособность прежних правителей сократили ряды армии и деморализовали её; при всех стараниях, Роман мог собрать только разношёрстную массу туземных и наёмных воинов, недисциплинированных и не привыкших к совместным действиям. Тем не менее походы 1068 и 1069 гг. были довольно удачны.
Дурные вести из Италии, где Роберт Гвискар взял Отранто и осадил Бари, последний опорный пункт греческого владычества, заставили Романа на время вернуться в Европу. В его отсутствие турки разбили Мануила Комнина, командовавшего армией, взяли и разграбили Хоны, а сам Алп-Арслан овладел важнейшей пограничной крепостью в восточной Армении — Манцикертом. Роман, во главе 100-тысячной армии, вновь занял Манцикерт.
Алп-Арслан предложил мир, отвергнутый царём; тогда у того же города произошла генеральная битва, во время которой измена Андроника Дуки и некоторых других офицеров погубила византийскую армию; сам царь был взят в плен, но через неделю отпущен Алп-Арсланом под условие выдачи сельджукских пленных и уплаты миллиона золотых (1071).
Получив известие о поражении Романа, которого сочли погибшим, придворные провозгласили регентство Евдокии и старшего царевича Михаила Дуки, ученика Пселла; но в действительности правил государством смертельный враг Романа, кесарь Иоанн. Когда было получено собственноручное письмо от Романа о скором прибытии его в столицу, встревоженная оппозиция потребовала от царицы, чтобы она объявила своего мужа лишённым престола; упорство царицы привело к изгнанию её из дворца и пострижению в монастырь, а императором был провозглашен Михаил (Парапинак). После нескольких неудачных столкновений с войсками, высланными из Константинополя, Роман заперся в киликийском городе Адане, где его осадил в 1072 г. Андроник Дука и заставил сдаться под условием пострижения в монахи и отречения от престола. За это ему была обещана личная безопасность, подтверждённая от имени Михаила тремя митрополитами. Враги Романа не сдержали своего слова - он был ослеплён и вскоре умер от ран.