Segons la llegenda, vers el 232 fou esposada amb el patrici Valerià, el qual es convertí i respectà la seva virginitat; moriren tots dos màrtirs. Ja des de la fi de l’edat mitjana fou considerada patrona dels músics i, en especial, de la música religiosa. Sota la seva advocació foren fundades congregacions com la Congregazione di Santa Cecilia, de Roma (1566), precedent de l’actual Accademia di Santa Cecilia, confraries professionals de músics (la de Barcelona, el 1599) i associacions de concerts com la Caecilian Society, de Londres (1785), que popularitzà els oratoris de Händel i de Haydn. L’associació ceciliana dels països de llengua alemanya, Cäcilienverein für Länder deutscher Zunge (1767), fundada per Franz Witt a Ratisbona, fou l’inici del moviment cecilianista per a fomentar la música sagrada a cappella d’estil palestrinià; en el congrés de música sagrada de Barcelona (1912), presidit per Vicenç Ripollès, fou fundada l’Associació Ceciliana. La seva festa se celebra el 22 de novembre.
Santa Cecília, per Simon Vouet, en una pintura de 1626
Màrtir cristiana, d’autenticitat discutida, venerada a Roma des de la fi del segle V.