Urozená římská panna Cecílie se již v útlém mládí rozhodla stát seslužebnicí Kristovou. Přivykla životu v ústraní a ve zbožném rozjímání a zavázala se slibem věčného panenství. I když se vyhýbala světu, její krása nezůstala utajena a pohanský mladík Valerián požádal o její ruku. Cecíliini rodiče se sňatkem souhlasili, neboť Valerián byl bohatý a žil řádně. Cecílii jejich rozhodnutí polekalo. Nechtěla rodiče zarmoutit neposlušností, ani porušit slib daný Bohu. V úzkostech se celou noc modlila; k ránu se jí zjevil anděl a zvěstoval jí, aby se podřídila vůli rodičů.
Na svatbu si oblékla pod nádherné šaty kajícnické roucho. Když při obřadu zazněla hudba a zpěv, rozezněly se v jejím srdci nadzemské tóny a ona prosila Boha, aby ochránil její panenství. Večer pak svému manželovi přiznala pravdu o svém zaslíbení a požádala ho, aby s ní pouze žil jako batr se sestrou. Její vyprávění o nebeském ženichovi zaujalo Valeriána natolik, že sám zatoužil Krista poznat a dal se pokřtít. Později po jeho příkladu přijal víru i jeho bratr Tiburcius.
Když v Římě vypuklo pronásledování křesťanů, tak byli oba bratři jati a odsouzeni ke ztrátě hrdla i majetku. Cecílie však všechno rozdala chudým, aby nic nepadlo do rukou hrabivého perfekta. Když ji perfekt dal předvolat, tak se hrdě přizanala ke své víře a odmítla obětovat modlám. Perfekt proto přikázal, aby ji uzavřeli do přetopené lázně, kde ji měla zadusit horká pára. Když však příští den lázeň otevřeli, vyšla panna nedotčena ven. Poručil tedy, aby ji sťali. Kat ťal Cecílii třikrát do šíje a nechal ji ležet v domnění,že je mrtva. Ona však žila ještě tři dny, nabádajíc křesťany, aby vytrvali ve víře. Svůj dům odkázala papeži, aby v něm zřídil křesťanský chrám, a poté se její duše odebrala k Pánu. Její tělo bylo spolu s ostatky Valeriána a Tiburcia pohřbeno při silnici Via Appia.

Původně byla Cecílie zobrazována s knihou a palmou a s věncem z růží na hlavě. Od 15. století se objevuje její zpodobení s hudebními nástroji, zejména s varhanami. Tehdy také začala být uctívána jako patronka hudby a hudebníků.