Cecylia jest jedną z najsłynniejszych męczennic Kościoła Rzymskiego. Niestety, o świętej tak bardzo popularnej i czczonej w Kościele mamy bardzo mało informacji historycznych. Nie wiemy nawet, kiedy żyła i kiedy poniosła śmierć męczeńską. W pierwszych wiekach nie przywiązywano wagi ani do chronologii, ani do ścisłych danych biograficznych. Dlatego dziś trudno nam odróżnić w opisie jej męczeństwa fakty historyczne od legendy.
Walerian przyprowadził do papieża także swego brata, Tyburcjusza. On również przyjął chrzest. Gdy wszedł do mieszkania Waleriana, uderzyła go przedziwna woń róż i lilii. Walerian wyjawił mu znaczenie tego zapachu.
Wkrótce potem wybuchło prześladowanie. Skazano na śmierć Waleriana i Tyburcjusza. Kiedy namiestnik-sędzia, Almachiusz, dowiedział się, że Cecylia jest chrześcijanką i że zarówno własny majątek, jak i majątek Waleriana rozdała ubogim, kazał ją aresztować. Żołnierze, oczarowani jej pięknością, błagali ją, by nie narażała swego młodego życia i wyrzekła się wiary. Cecylia odpowiedziała jednak: „Nie lękajcie się spełnić nakazu, bowiem moją młodość doczesną zamienicie na wieczną młodość u mego oblubieńca, Chrystusa”. Pod wpływem jej odpowiedzi miało nawrócić się 400 żołnierzy, których przyprowadziła do św. Urbana, by udzielił im chrztu.
Ciało św. Cecylii, w nienaruszonym stanie, w pozycji leżącej, lekko pochylone ku ziemi odkryto dopiero w 824 r. w katakumbach św. Kaliksta, a następnie na polecenie papieża św. Paschalisa I złożono w bazylice jej poświęconej na Zatybrzu. Bazylika ta stoi na miejscu, w którym Cecylia zamieszkała niegdyś ze swym mężem. Wybudowano ją w IV w.
Imię św. Cecylii wymieniane jest w Kanonie Rzymskim. Jest patronką chórzystów, lutników, muzyków, organistów, zespołów wokalno-muzycznych. Legenda bowiem głosi, że grała na organach. Organy wodne były znane wówczas w Rzymie, ale były bardzo wielką rzadkością (otrzymał je np. cesarz Neron w darze ze Wschodu). Nie wiadomo, czy Cecylia mogła grać na organach – prawdopodobne jest jednak, że grała na innym instrumencie. Ówczesne panie rzymskie kształciły się często w grze na harfie.
W ikonografii św. Cecylia przedstawiana jest jako orantka (osoba modląca się na stojąco, ze wzniesionymi rękoma). Późniejsze prezentacje ukazują ją w tunice z palmą męczeńską w dłoni. Czasami gra na organach. Jej atrybutami są: anioł, instrumenty muzyczne – cytra, harfa, lutnia, organy, płonąca lampka, miecz, wieniec z białych i czerwonych róż – oznaczających jej niewinność i męczeństwo.