Né à Néocésarée (aujourd’hui Niksar, au nord de la Turquie), vers l’an 213, dans une noble et riche famille païenne, il révéla dès sa jeunesse une grande intelligence. Orphelin de père avant ses 14 ans, il conçut avec son frère le projet de se rendre à Beyrouth pour y étudier le droit romain. Prenant la route, il escorta sa sœur jusqu’à Césarée de Palestine, où il rencontra le théologien Origène : abandonnant ses projets d’études de droit, il se convertit et devint son disciple.
Après cinq ans passés auprès d’Origène, il rentra dans sa ville natale où, abandonnant ses biens, il voulut se retirer dans du monde pour vivre en anachorète. Toutefois, l’archevêque d’Amasée, ayant eu connaissance de ses vertus, l’appela au siège épiscopal de Néocésarée, qui ne comptait alors que dix-sept chrétiens. Il accepta cette charge malgré ses réticences initiales ; par sa prédication et ses très nombreux miracles, il convertit rapidement un grand nombre de gens.
Grégoire, qui défendit toujours ses fidèles face aux persécutions romaines et autres invasions, fut aussi un ardent défenseur de la foi, notamment au concile d’Antioche, où il participa à la condamnation de l’évêque Paul de Samosate, qui niait la divinité du Christ. Il mourut vers 275 à Néocésarée, ne laissant dans cette ville, rapporte la légende, que dix-sept païens, le nombre exact de chrétiens qu’il y avait trouvés lors de son intronisation.