El prefecto Turcio Almaquio condenó a ambos hermanos a la muerte. El funcionario del prefecto, Máximo, fue designado para ejecutar la sentencia. Pero se convirtió al cristianismo y sufrió el martirio con los dos hermanos. Cecilia enterró sus restos en una tumba cristiana. Luego la propia Cecilia fue buscada por los funcionarios del prefecto. Fue condenada a morir ahogada en el baño de su propia casa. Como sobrevivió, la pusieron en un recipiente con agua hirviendo, pero también permaneció ilesa en el ardiente cuarto. Por eso el prefecto decidió que la decapitaran allí mismo. El ejecutor dejó caer su espada tres veces pero no pudo separar la cabeza del tronco. Huyó, dejando a la virgen bañada en su propia sangre. Cecilia vivió tres días más, dio limosnas a los pobres y dispuso que después de su muerte su casa debía dedicarse como templo. El papa Urbano I la enterró en la catacumba del papa Calixto I (155-222), donde se sepultaban los obispos y los confesores.