Ojciec Bazylego był retorem. Jako taki miał prawo prowadzić własną szkołę. Młody Bazyli uczęszczał do tej szkoły, a następnie udał się na dalsze studia do Konstantynopola, wreszcie do Aten. Tu spotkał się ze św. Grzegorzem z Nazjanzu, z którym odtąd pozostawał w dozgonnej przyjaźni. Na ławie szkolnej zasiadał wówczas z nimi Julian, późniejszy cesarz rzymski, który tak smutno zapisał się w dziejach chrześcijaństwa. W 356 r. Bazyli objął katedrę retoryki po swoim zmarłym ojcu w Cezarei. Tu przyjął chrzest, mając 27 lat. Taki bowiem był wówczas zwyczaj, że chrzest przyjmowano w wieku dorosłym, w pełni rozeznania obowiązków chrześcijańskich.
Przeżycia po śmierci brata poważnie wpłynęły na jego życie. W latach 357-359 odbył wielką podróż po ośrodkach życia pustelniczego i mniszego na Wschodzie: Egipcie, Palestynie, Syrii i Mezopotamii. Po powrocie postanowił poświęcić się życiu zakonnemu: rozdał swoją majętność ubogim i założył pustelnię w Neocezarei nad brzegami rzeki Iris. Niebawem przyłączył się do niego św. Grzegorz z Nazjanzu. Razem sporządzili wówczas zestaw najcenniejszych fragmentów pism Orygenesa (Filokalia). Tam również Bazyli zaczął pisać swoje Moralia i zarys Asceticon, czyli przyszłej reguły bazyliańskiej, która miała ogromne znaczenie dla rozwoju wspólnotowej formy życia zakonnego na Wschodzie.
Bazyli jest jednym z głównych kodyfikatorów życia zakonnego zarówno na Wschodzie, jak i na Zachodzie chrześcijaństwa (miał ogromny wpływ na św. Benedykta z Nursji). Ideałem życia monastycznego Bazylego jest braterska wspólnota, która poświęca się ascezie, medytacji oraz służy Kościołowi zarówno poprzez naukę wiary (poznawanie tajemnic Objawienia i obronę przeciw herezjom), jak i w działalności duszpasterskiej i charytatywnej.
W 360 roku Bazyli wziął udział w synodzie, który odbył się w Konstantynopolu, a w dwa lata potem był świadkiem śmierci metropolity Cezarei Kapadockiej, Dioniusa. Jego następca, Euzebiusz, udzielił mu w 364 r. święceń kapłańskich. Po śmierci tegoż metropolity Bazyli został wybrany jego następcą (370). Jako arcybiskup Cezarei wykazał talent męża stanu, wyróżniał się także jako doskonały administrator i duszpasterz, dbały o dobro swojej owczarni. Bronił jej też niezmordowanie słowem żywym i pismem przed skażeniem herezji ariańskiej. Rozwinął w swojej diecezji szeroką działalność dobroczynną, budując na przedmieściach Cezarei kompleks budynków na potrzeby biednych i podróżujących (tzw. Bazyliada). Był człowiekiem szerokiej wiedzy, znakomitym mówcą, pracowitym i miłosiernym pasterzem.
Zmarł 1 stycznia 379 r. Jego relikwie przeniesiono wkrótce do Konstantynopola wraz z relikwiami św. Grzegorza z Nazjanzu i św. Jana Chryzostoma. Obecnie znajdują się one w Bruges (Belgia), przewiezione tam przez Roberta II (1093-1111). Pozostawił bogatą spuściznę literacką: szereg pism dogmatyczno-ascetycznych, homilii i 350 listów. Poprzez swój Asceticon stał się ojcem i prawodawcą monastycyzmu wschodniego. Jest twórcą liturgii wschodniej. W Kościele Wschodnim doznaje czci jako jeden z czterech wielkich Ojców Kościoła. Na 1600-lecie śmierci św. Bazylego papież Jan Paweł II ogłosił List Apostolski Patres Ecclesiae dnia 2 stycznia 1980 roku. Jest patronem bazylianów i sióstr św. Krzyża.
W ikonografii św. Bazyli przedstawiany jest jako biskup w pontyfikalnych szatach rytu łacińskiego, a także ortodoksyjnego, jako mnich w benedyktyńskiej kukulli, eremita. Jego atrybutami są: czaszka, gołąb nad głową, księga, model kościoła, paliusz, rylec.
