Si me tocas como si fuera yo tu esposa, el ángel se enfurecerá y tú sufrirás las consecuencias; en cambio si me respetas, el ángel te amará como me ama a mí." Valeriano replicó: "Muéstramelo. Si es realmente un ángel de Dios, haré lo que me pides." Cecilia le dijo: "Si crees en el Dios vivo y verdadero y recibes el agua del bautismo verás al ángel." Valeriano accedió y fue a buscar al obispo Urbano. Cuando fue bautizado Valeriano regresó vio a un ángel de pie junto a ella. El ángel colocó sobre la cabeza de ambos una guirnalda de rosas y lirios.
Almaquio la condenó a morir sofocada en el baño de su casa. Pero, por más que los guardias pusieron en el horno una cantidad mayor de leña, Cecilia pasó en el baño un día y una noche sin recibir daño alguno. Entonces, el prefecto envió a un soldado a decapitarla. El verdugo descargó tres veces la espada sobre su cuello y la dejó tirada en el suelo. Cecilia pasó tres días entre la vida y la muerte. En ese tiempo los cristianos acudieron a visitarla en gran número. La santa legó su casa a Urbano y le confió el cuidado de sus servidores. Fue sepultada junto a la cripta pontificia, en la catacumba de San Calixto.
El Papa San Pascual I (817-824) trasladó las presuntas reliquias de Santa Cecilia, junto con las de los santos Tiburcio, Valeriano y Máximo, a la iglesia de Santa Cecilia in Transtévere.
Santa Cecilia es muy conocida en la actualidad por ser la patrona de los músicos. Sus "actas" cuentan que, al día de su matrimonio, en tanto que los músicos tocaban, Cecilia cantaba a Dios en su corazón. Al fin de la Edad Media, empezó a representarse a la santa tocando el órgano y cantando.