Nato in Epiro, a Nicopoli, fu discepolo di Aniceto. Appena subito dopo la sua elezione al soglio, dovette assistere alle grandi repressioni di Marco Aurelio contro le neonate comunità cristiane austriache e galliche. Nel mentre l'eresia "montanistica" si dichiarava a favore dell'impero romano.
Il papato di Eleuterio è però noto più per un altro clamoroso fatto : il martirio di Santa Cecilia. La leggenda vuole che, la giovane cristiana promessa in sposa al pagano Valeriano fosse riuscita a convincere il proprio sposo a lasciarle la propria "verginità". Oltre al marito riuscì a convertire anche il cognato Tiburzio. Denunciati al prefetto Almachio furono condannati a morte e a Cecilia fu riservato l'orrendo supplizio della soffocazione tramite i vapori di un "caldarium" (ancora oggi conservato nella cappella dell'omonima basilica in Transtevere). Dopo tre giorni di martirio ne uscì completamente illesa e solo allora fu decapitata. Eleuterio, dopo aver combattuto il montanesimo, il valentenismo e l'eresia marcioniana, fu sepolto, secondo il "Liber Pontificalis" nella necropoli vaticana.
Come santo è ancora festeggiato il 26 maggio.