Согласно преданию, Агнесса росла в знатной римской семье, принявшей христианство. В житии Агнессы говорится о том, как сын римского префекта Семпрония воспылал к ней страстью, однако она отвергла его сватовство, поскольку решила принять на себя обет безбрачия и посвятить себя добродетельной христианской жизни. Разгневанный префект на допросе выяснил, что Агнесса христианка, и поскольку в этот период христиане подвергались гонениям по указам императора Диоклетиана, поставил её перед выбором: или она приносит жертву римским богам или с позором будет отправлена в публичный дом. Поскольку Агнесса отказалась почтить языческих богов, префект велел отвести её в публичный дом нагую. Согласно житию, когда с неё сорвали одежды, волосы Агнессы чудесным образом отросли, так что она смогла закрыться ими. В заточении ей явился ангел — он принёс девушке светлое покрывало. Чудеса продолжились и в публичном доме: все мужчины, пытавшееся изнасиловать девушку, не смогли этого сделать, так как плотские желания у них исчезали и они со стыдом покидали публичный дом. Незадачливый жених, также посетивший Агнессу, умер, приблизившись к ней, но девушка воскресила его молитвами по просьбе его отца. Агнессу, как колдунью, бросили в костёр, но поскольку костёр не разгорался, один из солдат убил её ударом меча.

Традиция относит дату мученичества Агнессы на 21 января 304 года. Агнесса погибла в юном возрасте (предположительно ей было около 12 лет).

Агнесса была похоронена в римских катакомбах, которые сейчас носят её имя.

День памяти Святой Агнессы – 21 января.