Euzebiusz urodził się około 283 r. na Sycylii. Jako chłopiec przeniósł się do Rzymu, gdzie poświęcił się stanowi duchownemu. Papież św. Juliusz I (337-352) wysłał go do Vercelli, udzielając mu święceń kapłańskich, potem udzielił mu sakry biskupiej. Euzebiusz był pierwszym biskupem Vercelli. Św. Maksym (+ 367), biskup Turynu, który był współczesny Euzebiuszowi, oddaje mu najwyższe pochwały.
Jego diecezja była wtedy w większości jeszcze pogańska. Młody biskup skorzystał ze swobód, jakie Kościół otrzymał po trzech wiekach prześladowań, i z całym zapałem głosił niestrudzenie słowo Boże, stawiał kościoły i sprowadzał kapłanów. Ze swymi kapłanami prowadził życie wspólne - vita communis, na wzór zakonnego. Gromadził przy sobie młodych ludzi, by ich formować i zaprawiać do przyszłej pracy duszpasterskiej, na pół misyjnej. Spod jego ręki wyszli w ten sposób: św. Honorat, jego następca; św. Gaudencjusz, pierwszy biskup Nowary; św. Eksuperancjusz, pierwszy biskup Tortony; św. Eustazjusz, pierwszy biskup Aosty; św. Eulogiusz, pierwszy biskup Ivrei.
Św. Ambroży (+ 397), biskup pobliskiego Mediolanu, przekazał, że Euzebiusz założył w Vercelli pierwszy w Europie klasztor. Miał założyć także klasztor żeński przy udziale swojej siostry, św. Euzebii, co w owych czasach było zupełną nowością na Zachodzie.
Kiedy potępiona została nauka Ariusza, papież św. Liberiusz I wysłał do Euzebiusza odręczny list. Chwalił w nim gorliwość swojego kolegi z lat młodzieńczych w Rzymie i prosił go, by przyłączył się do delegacji papieskiej, jaka udawała się do Konstantynopola. Miała ona nakłonić cesarza, aby nie popierał nauki Ariusza. Euzebiusz w osobnym liście podziękował papieżowi za okazane zaufanie, ale odpisał, że okoliczności nie pozwalają mu spełnić jego życzenia. Cesarz ariański zgodził się na zwołanie synodu do Mediolanu, ale korzystając z okazji, że większość wśród zebranych biskupów była ariańska, potępił na nim biskupów prawowiernych. Na stolicę mediolańską wprowadzono po św. Dionizym ariańskiego biskupa, Auksencjusza. Daremne były wysiłki Euzebiusza, by nakłonić zebranych hierarchów do wierności uchwałom soboru w Nicei (325) i zarządzeniom papieża. Został zakrzyczany (355). Ponadto na synodzie ustanowiono karne sankcje przeciwko biskupom prawowiernym. Dosięgły one także Euzebiusza. Został karnie deponowany, wyłączony z Kościoła jako heretyk i skazany na wygnanie do Scytopolis w Palestynie.
Biskup-tułacz nie załamał się: pisał listy do swoich wiernych, by wytrwali w prawowitej wierze. Przez swoich diakonów, Syrusa i Wiktorynusa, wysyłał listy także do sąsiednich miast: Nowary, Ivrei i Tortony. Po śmierci cesarza Konstancjusza objął rządy Julian Apostata (361-363), który pozwolił Euzebiuszowi powrócić do diecezji. Po drodze zwiedził ważniejsze ośrodki na Wschodzie, by zdać papieżowi relację. Do Rzymu przybył w 363 roku. W drodze do Vercelli nawiedził wiele stolic biskupich, by ich pasterzy umocnić w wierze. Dla tej zapewne racji św. Hieronim pisze, że Euzebiusz "zmienił skalaną szatę Włoch". Zaraz po powrocie do Vercelli zwołał synod diecezjalny dla utwierdzenia prawowierności.
Po śmierci Juliana Apostaty (+ 363) panowanie objęli Walentynian I (364-375) i Walens (364-378). Ten ostatni pod wpływem swojej matki, Justyny, zaciekłej arianki, rozpoczął na nowo prześladowanie wiary. Św. Hilary i wielu innych biskupów zostało skazanych na wygnanie. Stolice na nowo objęli biskupi ariańscy. Euzebiusz daremnie interweniował w ich obronie. Sterany trudami, zmarł 1 sierpnia 371 r. Został pochowany w bazylice, którą sam wystawił. Jego kult szybko rozprzestrzenił się w Italii i Galii. Św. Grzegorz z Tours (+ 594) wyraża się o nim z największą czcią. Przechowywał też w swojej kaplicy część jego relikwii.

Euzebiusz zostawił po sobie kilka pism. Wśród nich tłumaczenie na język łaciński z języka greckiego komentarza do Psalmów Euzebiusza z Cezarei. Z licznych listów zachowały się tylko trzy, wśród nich - do cesarza Konstansa. Zachował się również jego traktat o Trójcy Świętej, w którym w formie dialogu została podana nauka chrześcijańska o tej tajemnicy przeciwko arianom. Dla wielu cierpień, jakie poniósł dla Chrystusa, diecezja w Vercelli czci go jako męczennika. Na prośbę biskupów okręgu papież Jan XXIII ogłosił św. Euzebiusza patronem diecezji przedalpejskich (1961).

W ikonografii Święty przedstawiany jest jako biskup w szatach pontyfikalnych, czasami jako wygnaniec. Jego atrybutem jest księga.