Nel VI secolo emerse nel Mediterraneo occidentale la potenza marittima di Cartagine (situata sulle coste del Nord-Africa). Alla metà del secolo i Cartaginesi invasero la parte occidentale della Sicilia, dove incontrarono la resistenza delle città della Magna Grecia. In seguito si rivolsero contro la Sardegna ed attaccarono le città fenicie. Una prima spedizione comandata dal generale Malco venne sconfitta, ma alla fine del secolo una seconda spedizione comandata dai generali Asdrubale ed Amilcare ottenne l'alleanza di Tharros e di Karalis. I Cartaginesi riuscirono a conquistare Sulcis e Nora, che si erano opposte all'invasione, pertanto dal 509 a.C. la Sardegna passò sotto il dominio cartaginese.
Comunque i resti archeologici del periodo punico non sono numerosi a Nora: risalgono a tale epoca le fondazioni del tempio di Tanit, le fortificazioni sulla Punta di Coltellazzo ed alcuni resti di case e muri, poiché a tutte le costruzioni cartaginesi si sono sovrapposti edifici più recenti di epoca romana.
In epoca cartaginese Nora si avvantaggiò dei traffici marittimi nel bacino del Mediterraneo, come dimostrano i ricchi corredi ritrovati nelle tombe puniche: ceramiche, amuleti, gioielli provenienti dalla Grecia, dall'Africa, dall'Italia.
La città dunque doveva essere piuttosto ricca ed attiva. Probabilmente la piazza del mercato cartaginese era situata dove ora sono visibili i resti del foro romano. Essa doveva essere il centro di una fitta rete di scambi: rame proveniente dalla Sardegna centrale, stoviglie etrusche, ceramiche attiche, piombo ed argento del Sulcis, oro dal Sahara, oggetti in rame provenienti da Cipro, manufatti in avorio africano. Poche tracce sono rimaste delle città punica: tra esse il tophet e necropoli distrutte dal mare.
