Korneliusz urodził się około 180 roku, prawdopodobnie w Rzymie. Został wybrany na biskupa Rzymu w marcu 251 roku, po osiemnastomiesięcznej przerwie spowodowanej prześladowaniami cesarza Decjusza, które doprowadziły do licznych odstępstw od wiary wśród chrześcijan. Podczas jego pontyfikatu doszło do sporu teologicznego dotyczącego powrotu do Kościoła tzw. lapsi – osób, które wyrzekły się wiary pod presją prześladowań. Korneliusz, wspierany przez biskupa Kartaginy św. Cypriana, opowiadał się za możliwością powrotu odstępców do wspólnoty kościelnej po odpowiedniej pokucie. Jego stanowisko spotkało się z opozycją ze strony rzymskiego prezbitera Nowacjana, który twierdził, że Kościół powinien składać się wyłącznie z doskonałych i wykluczać grzeszników. Konflikt ten doprowadził do powstania nowego odłamu – nowacjanizmu, a Nowacjan został ogłoszony przez swoich zwolenników antypapieżem. Korneliusz zmarł w czerwcu 253 roku w wygnaniu w Centumcellae (dzisiejsza Civitavecchia we Włoszech), gdzie został pochowany z honorami.