L'histoire de sainte Cécile est très obscure et la plupart des hagiographes la tiennent pour légendaires. Il est cependant certain que les chrétiens vénèrent et célèbrent cette sainte comme l'une des plus grandes martyres de Rome. Nous savons qu'en 499 l'église de transtévère lui était déjà dédiée et que les préfaces du Sacramentaire léonien qui font allusion à notre sainte dérivent manifestement d'une source autre et plus ancienne que la légende, ce qui est déjà important.

Cécile aurait appartenu à la gens Caecillia. Devenue chrétienne, elle aurait décidé de consacrer toute sa vie au Christ mais ses parents l'auraient contrainte à épouser un païen nommé Valérien. Le jour des noces, alors que sonnaient les instruments de musique, le coeur de la jeune vierge serait resté tourné vers Dieu et lui aurait adressé un cantique (la mention de ce fait a valu à Cécile d'être considérée comme patronne des musiciens). Le soir même, Cécile aurait annoncé à son mari que s'il allait contre son désir de rester vierge, il attirerait sur lui la colère de Dieu. Saisi de crainte, Valérien aurait accepté de recevoir la baptême et le ciel l'aurait gratifié d'un signe confirmant la foi de son épouse. Le même phénomène miraculeux se serait produit pour Tiburce, le frère de Valérien, et tous deux, devenus chrétiens, auraient été martyrisés sur l'ordre du préfet Almachius. Arrêtée par ce préfet, Cécile aurait été finalement tuée dans sa maison en 177.

Elle est fêtée à Rome, dans le tranvétère, depuis l'an 545. La découverte de son corps au IXe siècle est venue corroborer l'existence de cette sainte martyre.