Die LEGIO XI wurde vermutlich im Jahre 58. v. Chr. von Gaius Iulius Caesar ausgehoben. Im Verlaufe des Gallischen Krieges wurde sie an mehreren Fronten eingesetzt, u. a. bei der Belagerung von Alesia. Während des folgenden Bürgerkrieges ziwschen Caesar und Pompeius wurde sie kurzzeitig aufgelöst und später unter Gaius Octavius, dem späteren Augustus, wieder aufgestellt. Auf der Seite des späteren Kaisers kämpfte sie 42 v. Chr. gegen die Caesarmörder Brutus und Cassius in der Schlacht bei Philippi. Nach der Schlacht bei Actium, in der Marcus Antonius und die ägyptische Königin Kleopatra vernichtend geschlagen wurden, wurde die LEGIO XI in Dalmatien stationiert u.a. in Burnum (Kroatien).

Unter der Regierungszeit von Kaiser Claudius (41–54 n. Chr.) erhielt die LEGIO XI den Beinamen Claudia und die Ehrenbezeichnung Pia Fidelis (pflichtbewusst und treu).

Nach den Wirren des Vierkaiserjahres (69/70 n. Chr.) beschloss Kaiser Vespasian (70–79 n. Chr.), die LEGIO XI nach Vindonissa (Windisch, Schweiz) zu verlegen um die LEGIO XXI dort zu ersetzen, die zuvor einen Aufstand der Helvetier grausam unterdrückt hatte. Der Verbleib der LEGIO XI im Legionslager von Vindonissa ist für den Zeitraum von 70 – 101 n. Chr. belegt. In dieser Zeit wurde das Legionslager von Vindonissa zu einem Standlager ausgebaut und die militärische und logistische Infrastruktur entlang der transalpinen Route im süddeutschen Raum vorangetrieben. In dieser Zeit wurde die LEGIO XI während der Chattenkriege von Kaiser Domitian in der Germania Superior militärisch eingesetzt.

Unter Kaiser Trajan (98–117 n. Chr.) wurde die LEGIO XI aus Vindonissa abgezogen und im Legionslager Brigetio und in Aquincum in Pannonien stationiert, um an den Dakerkriegen teilnehmen zu können. Später fand die Legion in Durostorum (Bulgarien) ihr endgültiges Standlager. Ihre Anwesenheit kann dort bis ins 5. Jahrhundert n. Chr. nachgewiesen werden. Das Stammesgebiet der Thraker diente ihr dabei als Rekrutierungsbasis. Vexillationen der LEGIO XI sind auch auf der Krim dokumentiert, um die dortigen griechischen Städte zu schützen. Andere Vexillationen wurden unter Kaiser Hadrian (117–138) in die Provinz Iudaea abkommandiert, um an der Zerschlagung des jüdischen Aufstandes unter Simon bar Kochba teilzunehmen.

Unter der severischen Dynastie (frühes 3. Jh. n. Chr. ) beteiligte sich die LEGIO XI am Feldzug gegen das Reich der Parther und an Feldzügen gegen die Alamannen. Unter Kaiser Severus Alexander erhielt die LEGIO XI auch den Beinamen Severiana und Alexandriana.

Im späten 3. Jh. n. Chr. setzte Kaiser Diokletian die LEGIO XI in Ägypten und in Arabien ein. In der Zeit der Christenverfolgungen unter Kaiser Domitian und Kaiser Galerius waren in Durostorum auch Angehörige der LEGIO XI betroffen.

Nach der spätantiken Heeresreform wurde die LEGIO XI als mobile Feldtruppe eingesetzt und findet sich unter dem Namen Undecimani (die Elften) wieder. Die Undecimani lassen sich noch im frühen 5. Jahrhundert, zur Zeit der Erstellung der Notitia dignitatum, als Grenztruppen (limitanei) in Durostorum nachweisen.