Святая великомученица Евфимия родилась в городе Халкидоне (Вифиния), в семье сенатора Филофрона и его жены Феодорисианы.

В 303 или 304 году, во время великого гонения при императоре Диоклетиане, правитель города Приск, бывший ярым противником христианства, велел собрать всех жителей на праздник в честь языческого бога Арея (Марса). Местная христианская община отказалась участвовать в празднестве и тайно совершала богослужение, за что ее члены, в том числе и Евфимия, были арестованы и приведены к правителю. После продолжительных мук христиан отправили на суд к императору, а юную Евфимию правитель оставил в городе, решив, что без поддержки она не выдержит истязаний: «Мучитель изобретал всякие средства, чтобы прельстить ее, ласковыми словами, подарками и различными обещаниями уловляя ее девическое сердце».

После того как Евфимия отвергла предложения Приска, она была подвергнута различным истязаниям, однако она осталась невредимой благодаря Божией помощи (от колеса с острыми ножами, которые при вращении отрезали куски тела, ее спас явившийся Ангел, остановивший колесо и исцеливший раны; в огненной печи, куда Евфимию должны были бросить, воины Виктор и Сосфен увидели двух Ангелов и сами стали христианами). Видя мужество Евфимии, правитель приказал отдать ее на растерзание зверям, но они, приблизившись к ней, лизали ей ноги. Одна только медведица нанесла ей небольшую рану, из которой потекла кровь; в это время послышался голос с неба, призывавший ее в горние обители, и тотчас она предала дух свой Господу, ради Коего со всею преданностью пострадала. И потряслась земля и город заколебался, стены разрушались, храмы падали и всеми овладел великий ужас. Когда же все в страхе убежали из цирка, святое тело мученицы осталось простертым на земле.

Тело Евфимии было взято ее родителями и похоронено в окрестностях Халкидона. Позднее над ее могилой был построен храм. При императоре Феодосии Великом мощи святой были перенесены в Александрию, но затем вновь возвращены в Халкидон. Мощи почитались как кровоточивые. По сообщению Евагрия Схоластика, «в той гробнице с левой стороны есть небольшое отверстие, закрывающееся маленькой дверцей. В это отверстие до самых святых останков впускают длинный железный прут, с привязанной к концу губкой, и повернув там губку, извлекают ее вместе с прутом полную крови и кровяных печенок».

Полтора столетия спустя, когда христианская Церковь стала господствующей в Римской империи, Бог сподобил Всехвальную Евфимию вновь явиться особенной свидетельницей и исповедницей чистоты православного учения.

В 451 году в городе Халкидоне, в храме, где почивали мощи святой, происходили заседания IV Вселенского Собора. Собор был созван для определения точной формулировки догмата православной церкви о природе Богочеловека Иисуса Христа, что было необходимо ввиду широко распространившейся ереси монофизитов, которые, вопреки православному учению о двух природах Иисуса Христа – Божественной и человеческой, ложно утверждали в Нем одну природу – Божественную, внося в Церковь смуту и раздоры. На Соборе присутствовали 630 представителей от всех Поместных Христианских Церквей. Со стороны православных в соборных деяниях принимали участие святитель Анатолий, патриарх Константинопольский, святитель Ювеналий, патриарх Иерусалимский, и представители святителя Льва, папы Римского. Монофизиты присутствовали в большом количестве во главе с Диоскором, патриархом Александрийским, и Константинопольским архимандритом Евтихием.

После долгих прений стороны так и не смогли прийти к согласному решению. Тогда святой патриарх Константинопольский Анатолий предложил Собору предоставить решение церковного спора Духу Святому чрез Его несомненную носительницу – святую Евфимию Всехвальную, у чудотворных мощей которой происходили соборные прения. Православные святители и их противники написали свое исповедание веры на отдельных свитках и запечатали своими печатями. Открыли гробницу святой великомученицы Евфимии и оба свитка положили на ее груди. Потом в присутствии императора Маркиана (450–457) участники Собора закрыли гробницу, приложили к ней императорскую печать и поставили стражу на три дня. В эти дни обе стороны наложили на себя строгий пост и совершали усиленные молитвы. Через три дня патриарх и император в присутствии всего Собора открыли ковчег с мощами: свиток с православным исповеданием святая Евфимия держала в правой руке, а свиток еретический лежал у ее ног. Святая Евфимия как живая подняла руку и подала свиток патриарху. После этого чуда многие из уклонившихся приняли православное исповедание, а упорствовавшие в ереси были преданы соборному осуждению и отлучению.

В VII столетии после нашествия персов мощи святой Евфимии были перенесены из Халкидона в Константинополь, во вновь построенную церковь, посвященную ее имени. Через много лет в период иконоборческой ереси ковчег с мощами святой по повелению императора-иконоборца Льва Исавра (716–741) был брошен в море. Из моря ковчег был взят братьями-корабельщиками Сергием и Сергоном, которые передали его местному епископу. Святитель повелел хранить святые мощи тайно, под спудом, так как иконоборческая ересь продолжала свирепствовать, но все же над мощами была сооружена небольшая церковь, а на ковчег была положена доска с надписью, поясняющей, чьи мощи покоятся в нем. Когда иконоборческая ересь была окончательно осуждена на святом Седьмом Вселенском Соборе (787 г.) при святителе Тарасии, патриархе Константинопольском (784–806) и при императоре Константине VI (780–797) и матери его святой Ирине (797–802) мощи святой великомученицы Евфимии Всехвальной были вновь торжественно перенесены в Константинополь.