Acredita-se ter nascido em Corfu, na antiga Grécia, filha de pais pobres. Aos 13 anos, foi prometida ao imperador Diocleciano para ser sua esposa em troca da pacificação de confrontos políticos. Como ela se recusasse a casar, por ter eleito Jesus Cristo como seu esposo, o tirano ordenou que a prendessem e flagelassem sangrentamente. Curada miraculosamente deste suplício, foi ordenado que ela fosse lançada ao rio Tibre com uma âncora amarrada ao pescoço. Como a correnteza a levasse até a margem do rio, apesar da âncora, Diocleciano mandou que a ferissem com flechadas. Ferida, foi lançada novamente no cárcere, mas no dia seguinte teria sido encontrada sadia e sem qualquer marca de ferimento. O tirano ordenou então que a ferissem com flechas em chamas, mas estas se voltaram contra os arqueiros. Por fim, a jovem foi decapitada, por ordem do imperador.

Em 24 de maio de 1802, os ossos de uma mulher entre 13 e 15 anos foram descobertos no cemitério de Santa Priscila, nas escavações das catacumbas de Roma por um pedreiro. A sepultura estava lacrada por três placas com a inscrição Filomena, a paz esteja contigo. Suas relíquias acabaram sendo levadas para Mugnano del Cardinale, na Itália, em 1/7/1805, onde começaram a acontecer inúmeros milagres. O culto a Santa Filomena foi aprovado em 13 de janeiro de 1837. É venerada no dia 10 de agosto.