Che sia esistita non ci sono dubbi, come pure è certo che subì il martirio, a dodici anni, durante le ripetute persecuzioni ordinate da imperatori romani alla ricerca di alibi per i disagi in cui si dibatteva la Roma imperiale. Secondo la leggenda popolare, a denunziare Agnese come cristiana fu il figlio del prefetto di Roma, con il quale la ragazza si rifiutò di stringere una relazione. Sarebbe stato lo stesso prefetto Sinfronio a ordinarle di sacrificare alla dea Vesta, come atto ufficiale di abbandono della fede cristiana. Al rifiuto, dopo essere stata esposta in un luogo malfamato presso il Circo Agonale (nel luogo in cui sorge la chiesa di Sant' Agnese in Agone, che si affaccia su piazza Navona), Agnese fu decapitata con un colpo di spada. Secondo alcuni fu condannata al rogo.
La figlia di Costantino il Grande fece edificare la basilica di Sant’Agnese fuori le Mura sulla sua tomba lungo la via Nomentana: qui un meraviglioso mosaico la ritrae tra i papi Onorio e Simmaco. Sant'Agnese è patrona dei fidanzati ed è invocata per allontanare i pericoli del mare.
