E' ancora il ds Walter Sabatini a convincere Kolarov a trasferirsi in Italia. Dieci anni dopo averlo portato alla Lazio, il direttore sportivo giallorosso fa approdare a Trigoria il terzino serbo, pagandolo al Manchester City solamente 5 milioni di euro.

Alexander Kolarov, oltre a presentarsi con un gol vittoria alla prima di campionato, con una sua specialità, un calcio di punizione, si dimostra subito un leader e sforna prestazioni di alto livello. S'integra subito negli schemi di Di Francesco e sembra avere un ottimo feeling con il reparto e la squadra. Il rapporto piò stretto è con Edin Dzeko, già suo compagno di squadra per anni a Manchester. Kolarov e la Roma volano fino alle semifinali di Champions League giocando delle bellissime gare. Il serbo è protagonista a Londra contro il Chelsea, quando con un suo gol grida la riscossa della Roma che ribalta il 2-0 iniziale in 2-3. Nella sua prima stagione romanista (2017/18) colleziona tra campionato e coppe 47 presenze e 3 gol.

Il 29 settembre 2018, nel derby d'andata del campionato 2018/19 segna su calcio di punizione il gol che riporta in vantaggio i giallorossi nel derby Roma-Lazio 3-1. Grazie a questa rete entra nella storia della stracittadina come l'unico calciatore, insieme a Selmosson, ad aver segnato sia con la maglia della Roma che con quella della lazio. In questa stagione conquista con i compagni la semifinale di Champions League, arrivata dopo la straordinaria rimonta per 3-0 al Barcellona di Messi.

Il campionato 2019/20 è il terzo ed ultimo per Kolarov alla Roma. Pur arrivando ad indossare in alcuni spezzoni la fascia di capitano, il rapporto con i tifosi s'incrina a causa delle dichiarazioni del laterale, che afferma senza peli sulla lingua: "I tifosi capiscono poco di calcio". Al termine della stagione lascia i giallorossi per accasarsi all'Inter, dove disputa le ultime due annate della sua carriera. In giallorosso vanta complessivamente 132 presenze e 19 gol.