O Donatismo, cisma que emergiu no norte da África um ano após a conversão de Constantino, renovou as questões levantadas anteriormente pelo Novacianismo. Liderado por Donato, bispo de Cartago, o movimento defendia que bispos que haviam vacilado durante as perseguições não poderiam permanecer em suas funções, invalidando os batismos e sustentando que a eficácia dos sacramentos dependia da santidade do ministro. Essa postura levou ao estabelecimento de bispos rivais em diversas cidades e fomentou movimentos radicais entre os camponeses africanos.
Em 314, um concílio de bispos reunido em Arles condenou os donatistas e ordenou seu retorno à igreja, sob pena de perderem direitos civis e propriedades a partir de 316. Contudo, um breve período de tolerância foi concedido cinco anos depois, em decorrência do Edito de Milão.
Dentro do Donatismo, surgiram diversas seitas. Os Rogatistas, pacifistas, rejeitavam os excessos dos circumceliões e dos próprios donatistas. Os Claudianistas foram reconciliados com a Igreja por Primiano de Cartago, enquanto os Urbanistas representavam outra facção. Ticônio, um pensador influente expulso pelos donatistas, rejeitava o rebatismo. Houve também os seguidores de Maximiano e os controversos circumceliões, grupos extremistas que vagavam pelo campo, vivendo dos camponeses que buscavam doutrinar. Consideravam o martírio a maior virtude cristã e defendiam a condenação da propriedade e da escravidão, pregando o amor livre, o cancelamento de dívidas e a libertação de escravos. As pouco conhecidas igrejas apostólicas buscavam emular os apóstolos. Na Mauritânia e Numídia, os grupos dissidentes eram tão numerosos que os donatistas não conseguiam nomeá-los a todos.
Apesar da condenação em concílios e da oposição de figuras influentes como Agostinho de Hipona, o movimento persistiu por séculos, tornando-se uma força religiosa e social dominante em algumas regiões. A controvérsia teológica e eclesiológica levantada pelos donatistas impactou o desenvolvimento da doutrina cristã sobre a Igreja, os sacramentos e a autoridade clerical. A radicalização de alguns grupos donatistas, como os circumceliões, também gerou instabilidade social e violência.
As últimas referências históricas concretas aos donatistas são escassas, mas indicam que o movimento sobreviveu até o século VII, após a conquista islâmica do norte da África. Alguns estudiosos sugerem que comunidades donatistas isoladas podem ter persistido por mais tempo, mas faltam evidências documentais para confirmar essa hipótese.