Teodor urodził się w Neocezarei, w Poncie (Mała Azja) ok. roku 213. Miał pochodzić ze znakomitej, pogańskiej rodziny. Kiedy miał 14 lat, zmarli jego rodzice. Żądny wiedzy, udał się ze swym bratem, Atenodorem, do Aten, a potem do Bejrutu w Fenicji, gdzie studiował retorykę i prawo. Z okazji ślubu siostry z wysokim urzędnikiem obaj bracia udali się do Cezarei Palestyńskiej, która była wtedy stolicą Palestyny. Tu zetknęli się z Orygenesem, który założył tam właśnie szkołę katechetyczną, głośną na cały Wschód. Oczarowani jego ogromną wiedzą i erudycją, zostali jego uczniami. On też nakłonił ich do porzucenia pogaństwa i przyjęcia chrztu. Wtedy Teodor jako "nowy" człowiek zmienił imię na Grzegorz. Odtąd należał do najżarliwszych uczniów Orygenesa.

Około roku 238 razem z bratem powrócili do ojczyzny. Grzegorz musiał wyróżniać się niezwykłą wiedzą i świętością życia, skoro mimo młodego wieku (25 lat) został wyświęcony przez metropolitę Fedimosa na biskupa Neocezarei. Miasto było wówczas zupełnie pogańskie. Grzegorz rozwinął w nim szybko gorliwą działalność. Jego żywoty głoszą, że kiedy przy śmierci zapytał, ilu jest jeszcze w mieście pogan, miał otrzymać odpowiedź, że tylko siedemnastu. Wtedy święty z radością miał zawołać: "Dzięki Ci, Boże, bo właśnie tylu na początku swoich rządów zastałem chrześcijan".

W latach 249-251, za panowania cesarza Decjusza, wybuchło krwawe prześladowanie. Grzegorz schronił się wraz z wiernymi w górach. Około roku 254 Pont najechali germańscy Goci, wyrządzając duże szkody. Grzegorz starał się złagodzić skutki ich najazdu. Swojej gorliwości pasterskiej nie ograniczył tylko do własnego rejonu. Pozyskał dla wiary św. Makrynę, babkę świętych Grzegorza z Nyssy i Bazylego. Uczestniczył w synodzie w Antiochii, na którym potępiono herezję Pawła z Samosaty. Jako biskup tego miasta odmawiał on Chrystusowi Boskiego synostwa (twierdził, że Jezus był adoptowanym Synem Boga).
Pełen zasług św. Grzegorz pożegnał ziemię 17 listopada pomiędzy rokiem 270 a 275. Zaliczany bywa do grona Ojców Kościoła. Pozostawił po sobie kilka pism: Panegiryk ku czci Orygenesa, Wyznanie wiary, List kanoniczny do nieznanego bliżej biskupa, Komentarz do Księgi Eklezjastyka i Dialog o zdolności czy niezdolności Boga do cierpienia.
Cuda, jakie miały miejsce sto lat po jego śmierci, spisali św. Bazyli Wielki i św. Grzegorz z Nyssy. Według tradycji był pierwszą znaną osobą, której ukazała się Matka Boża i św. Jan Apostoł. Otrzymał wówczas potwierdzenie doktryny o Świętej Trójcy.

W ikonografii przedstawiany jest jako siwobrody, łysiejący starzec w czerwonych szatach biskupich i z Ewangelią w rękach.