Imię Cecylia wywodzi się od rzymskiego rodu Cecyliuszów, z którego pochodziła.

W dawnych czasach nie przywiązywano najprawdopodobniej wagi do chronologii, dlatego też nie wiemy dokładnie, kiedy żyła św. Cecylia. Jej życiorys został spisany dopiero w V wieku, na podstawie tradycji ustnej, która w tamtych czasach była żywa i wierna.

Święta Cecylia pochodziła ze znakomitej rodziny rzymskiej – Cecyliuszów, którzy sprawowali w Rzymie najwyższe urzędy. Urodziła się na początku III wieku. Była tak bardzo zaangażowana w życiu religijnym, że złożyła ślub dozgonnej czystości. Jednak rodzina, lekceważąc jej przyrzeczenie, zmusiła ją do poślubienia Waleriana – młodzieńca z nie mniej znakomitej rodziny. Kiedy w przeddzień ślubu znaleźli się sami, Cecylia zwierzyła się narzeczonemu, że jest chrześcijanką i serce swoje oddała Jezusowi Chrystusowi. Zapowiedziała Walerianowi, że gdyby chciał ją tknąć, to na straży jej czystości stoi jej Anioł Stróż. Walerian prosił, żeby pokazała mu Anioła Stróża, ale ona odparła, że dopóki nie pozna Boga i nie przyjmie chrztu, nie będzie mógł go ujrzeć. Wtedy Walerian poprosił, żeby Cecylia zapoznała go z wiarą chrześcijańską. Zaprowadziła go więc w tajemnicy do papieża Urbana I (222–230). Kiedy tam przybyli, Walerian zobaczył czcigodnego starca, ubranego w białe szaty, z księgą, w której złotymi literami były wypisane słowa: „Jeden jest Pan, jedna wiara, jeden chrzest, jeden Bóg i Ojciec wszystkich i we wszystkich” (Ef 4, 5–6). Urban pouczył Waleriana o prawdach wiary i udzielił mu chrztu.

Kiedy Walerian wrócił do domu Cecylii, zobaczył ją pogrążoną w modlitwie, a przy niej stojącego anioła w postaci młodzieńca, który trzymał w ręku dwa wieńce – z róż i z lilii – które włożył na głowy Waleriana i Cecylii (dlatego też w ikonografii święta jest przestawiana z wieńcami z róż i z lilii). Powiedział też, żeby zachowali te wieńce w czystości, bo przyniósł je od Boga.

Walerian miał brata Tyburcego, którego przyprowadził do papieża Urbana I i który również przyjął chrzest. Również i on miał szczęście zobaczyć anioła.

Niedługo potem wybuchło prześladowanie chrześcijan. Waleriana i Tyburcego skazano na śmierć. Cecylia rozdała ubogim majątek swój i Waleriana. Kiedy namiestnik-sędzia Almachiusz dowiedział się o tym, a także o tym, że Cecylia jest chrześcijanką, kazał ją aresztować. Żołnierze, oczarowani jej urodą, błagali ją, żeby nie narażała swojego życia. Ona jednak odparła, że swoją młodość doczesną zamieni na wieczną młodość u boku jej Oblubieńca – Chrystusa. Niech więc czynią swoją powinność. Na skutek jej przemówienia miało nawrócić się 400 żołnierzy, których zaprowadziła do papieża, żeby udzielił im chrztu. Sędzia, urzeczony jej urodą, również błagał, by przez wzgląd na swą młodość odstąpiła od wiary. Ona jednak odparła, że opuszcza dom ludzką ręką zbudowany, by zamieszkać na zawsze w pałacu swego Oblubieńca – Chrystusa.

Wtedy Almachiusz mękami próbował wymusić na niej wyrzeczenie się wiary. Kazał zawiesić ją nad ogniem w łaźni i dusić parą. Ona zamiast duszącego dymu czuła, jak owiewa ją orzeźwiający powiew wiatru. Namiestnik kazał ją wtedy ściąć mieczem w tej łaźni. Kiedy kat ją zobaczył, nie miał odwagi zadać jej śmierci. Trzy razy uderzał ją mieczem, ale nie zdołał jej zabić. Krew Cecylii chrześcijanie zebrali jako najcenniejszą relikwię. Cecylia dopiero po trzech dniach oddała ducha Bogu.

Za czasów papieża Paschalisa I (817–824)) znaleziono grób Cecylii w katakumbach św. Kaliksta obok krypty papieży. Jej ciało było nienaruszone, w pozycji leżącej, lekko pochylone ku ziemi. Papież kazał jej ciało przenieść do bazyliki św. Cecylii, postawionej na Zatybrzu w IV wieku ku jej czci. W roku 1599 za pontyfikatu papieża Klemensa VIII dokonano nowych badań. Znaleziono w bazylice św. Cecylii trzy marmurowe urny: w pierwszej szczątki św. Cecylii, w drugiej – świętych Waleriana, Tyburcego i Maksymiliana, w trzeciej – św. Urbana I i św. Lucjana. Ciało św. Cecylii było nienaruszone. Przy otwarciu krypty obecny był rzeźbiarz Stefano Maderna, który uwiecznił świętą w marmurowej rzeźbie, do dziś dostępnej do oglądania w miejscu znalezienia jej ciała; w ołtarzu bazyliki św. Cecylii dostępna jest jej kopia. Rzeźba przedstawia św. Cecylię w takiej pozycji, w jakiej znaleziono ją w katakumbach. Dłonie ułożone są w dziwnej pozycji: jeden palec lewej ręki i trzy palce prawej są wyprowane. Skąd taki gest? Otóż po nieudanym ścięciu głowy Cecylia miała przecięte struny głosowe i nie mogła mówić. Ale w ostatnich chwilach życia pokazuje jeszcze, że jest jeden Bóg – i że jest w trzech osobach.

Ponieważ legenda głosi, że Cecylia grała na organach, które wówczas w Rzymie były bardzo wielką rzadkością, ikonografia przedstawia ją także z organami lub harfą, a święta została patronką muzyki kościelnej oraz chórów, poetów, śpiewaków i zespołów wokalno-muzycznych, muzyków, a także budowniczych instrumentów muzycznych i organów. Jest też patronką niewidomych.

W ikonografii św. Cecylia ukazywana jest w koronie, w wieńcu z róż i lilli, z instrumentami muzycznymi, szczególnie z lutnią lub organami.

Imię Cecylia wywodzi się od rzymskiego rodu Cecyliuszów, z którego pochodziła, jednak niektórzy wywodzą je od łacińskiego słowa ceacus – „ślepy, wątpliwy”.