
Памфилий собрал большую библиотеку библейских и патристических трудов. После обучения в Кесарии, Евсевий стал преподавателем богословской школы этого города. Памфил и Евсевий с несколькими другими христианами жили в одной комнате, ведя общее хозяйство. В этот период Памфил и Евсевий написали несколько книг, большинство из которых не сохранились. В это же время Евсевий начал скрупулёзное исследование всех документов, касающихся происхождения христианства.
В 309 году во время гонений при Диоклетиане, Памфилий после двухлетнего заключения погиб как мученик, а Евсевий покинул Кесарию и совершил путешествие в Тир, а затем в Египет. Во время своего путешествия он был очевидцем жестоких действий властей во время этих гонений. Вскоре он и сам был заключён в тюрьму, но через короткое время его освободили.
Во время этого гонения Евсевий сохранил книги Кесарийской библиотеки и обогатил её новыми коллекциями рукописей, приобретённых им во время своего путешествия по Финикии, Египту и Фиваиде. Хотя библиотека не уцелела до позднейшего времени, многочисленные ценные отрывки из несохранившихся в целом виде произведений христианской литературы имеются в сочинениях самого Евсевия. В этот период Евсевий занимался составлением пятитомника «Защита Оригена», к которому после смерти Памфила прибавил 6-й том и закончил свой главный труд «Церковная история».
В 311 году гонения закончились, и Евсевий после своего освобождения вернулся в Кесарию, где в 315 году был избран епископом. Диоцез Евсевия, центром которого была Кесария, занимал всю Палестину. После того, как Евсевий был выбран епископом, ему пришлось собирать рассеянную гонениями церковь и исполнять некоторые административные обязанности.
Когда в 318 году разгорелся арианский спор, Евсевий остался в стороне, сохраняя нейтралитет. До Никейского собора Евсевий в некотором смысле симпатизировал Арию и некоторые современники обвиняли его в ереси. Во время Никейского собора он предложил ортодоксальный, но достаточно абстрактный вариант символа веры. Несмотря на это, он подписал окончательный вариант Никейского символа веры, никогда не отвергал его, и впоследствии публично рекомендовал его пастве своего диоцеза.
В 331 году, после смещения патриарха Антиохийского Евстафия, Евсевию предложили взять на себя управление Антиохийским патриархатом, но он отказался, потому что хотел заниматься литературной деятельностью.
В 335 году состоялся Тирский собор, на котором Евсевий был назначен председателем. На этом соборе Евсевий выступил против Афанасия Великого и в результате собора Афанасий был смещён. Известно, что во время обсуждения епископ Потамон из Гераклеи, который вместе с Евсевием находился в тюрьме во время гонений Диоклетиана, упрекал епископа за выступление против Афанасия. Высказывая свои упрёки, Потамон обвинил Евсевия в трусости и неверности. Такое подозрение было высказано в связи с тем, что перед тем, как выпустить Потамона из тюрьмы, гонители выкололи ему один глаз, в то время как Евсевий был отпущен невредимым. Исходя из этого Потамон высказал предположение, что Евсевий либо совершил жертвоприношение римским богам, либо пообещал сделать это и потому его отпустили, не сделав ему вреда.
Евсевий был другом императора Константина Великого. Во время его правления он был одним из придворных богословов. Константин часто прислушивался к его советам, приглашал его за стол, слушал его проповеди, написал ему несколько посланий и доверил ему надзор за копиями Писания, которые использовались в церквях Константинополя.
В 336 году, при праздновании тридцатой годовщины правления императора Константина, Евсевий произнёс панегирик, полный самых помпезных гипербол в адрес добродетелей императора. После смерти Константина в 337 году Евсевий в своём произведении, приуроченному к этому событию, снова прославил заслуги императора, умалчивая о его преступлениях.
Евсевий умер в 340 году, до самой смерти оставаясь епископом Кесарии Палестинской.
На первом вселенском соборе, как учёнейший из собравшихся епископов, Евсевий занимал выдающееся положение: ему поручено было составить символ веры от лица Собора. В своём проекте Евсевий уклонился от категорического решения вопроса, занимавшего Собор, составив символ в общих выражениях, отчасти благоприятных арианству.
Проект Евсевия был, поэтому, заменён другим, со внесением термина «Единосущие», которого избегал Евсевий. Валезий († 1676), один из первых издателей и исследователей сочинений Евсевия, признаёт, однако, Евсевия православным; так же думал русский патролог Филарет, епископ Черниговский.
А.В. Горский находит Евсевия лишь нетвёрдым в догматических понятиях. Профессор А.П. Лебедев (в сочинении «Вселенские соборы IV и V вв.») считает его открытым вождём партии так называемых полуариан. Баур называет его «отражением колебаний церковного сознания» относительно учения о Троице.
Сам Евсевий, в послании к своей кесарийской пастве, писанном с собора, говорит, что он подписал символ собора, чтобы не нарушать мира церкви, но что он остаётся верен старому символу Кесарийской церкви и в смысле этого старого символа толкует символ Никейский.
Свои сочинения Евсевий писал по-гречески; но сохранились они главным образом в переводах и истолкованиях (из истолкователей древнейший — Руфин Аквилейский). Главные из них: Церковная история, Хроника, Жизнеописание царя Константина, Восхваление Константина, Жизнь Памфила», Приготовление к Евангелию, Доказательство в пользу Евангелия, Против Гиерокла, Извлечение из пророков о Христе, Богоявление, Две книги против Маркелла, Три книги о церковном богословии, Указатель для соглашения евангелий, Ответ к Стефану и Марину о евангелии, толкования на Евангелие от Луки, на Песнь песней, псалмы и пророчества Исаии.