Segundo uma antiga tradição, a santa pertencia a uma das principais famílias de Roma, que acostumava vestir uma túnica de tela muito áspera e que havia consagrado a Deus sua virgindade. Seus pais a comprometeram em matrimônio com um jovem chamado Valeriano, mas Cecília disse-lhe que havia feito votos de virgindade e que se ele quisesse ver os anjos de Deus, devia tornar-se católico. Valeriano foi instruído pelo Papa Urbano e foi batizado. As histórias dizem que Cecília via seu anjo da guarda.
O administrador de Roma, Almaquio, havia proibido sepultar os cadáveres dos cristãos. Mas Valeriano e Tibúrcio dedicaram-se a sepultar todos os cadáveres dos cristãos que encontravam. Por isso foram arrastados. Levados ante a Almaquino, este pediu-lhes que declarassem adorar Júpiter. Eles defenderam sua fé e morreram mártires.
Em seguida a polícia arrastou Cecília e exigiu-lhe que renunciasse a religião de Cristo. Ela declarou que preferia a morte a renegar a verdadeira religião. Então foi levada junto a um forno quente para ser sufocada por terríveis gases que saíam dali mas, ao invés de asfixiar-se, ela cantava (por isso foi nomeada padroeira dos músicos). Visto que com este martírio não podiam acabar com ela, o cruel Almaqui mandou que cortassem sua cabeça.
Em 1599 permitiram ao escultor Maderna ver o corpo incorrupto da santa e este fabricou uma estátua de mármore, cuja imagem conserva-se na igreja de Santa Cecília, em Roma.
Santa Cecília, rogai por nós!