Né probablement à Rome au début du VIIe siècle, il était prêtre depuis longtemps lorsqu’il fut élu pape, le 10 août 654. Fait unique dans l’histoire de la papauté, son prédécesseur, saint Martin Ier, était encore vivant et n’avait pas renoncé à sa charge ni été déposé. Il avait cependant été exilé en Crimée par l’empereur d’Orient Constant II, qui s’était opposé à la convocation du synode du Latran, symbole de la crise entre l’Occident et l’Orient qui serait consommée quelques siècles plus tard.

Martin Ier approuva l’élection pour ne pas laisser l’Eglise sans chef, mais il semble que jusqu’à sa mort, le 15 septembre 655, son successeur fut considéré comme son vicaire.

Eugène Ier continua l’action de son prédécesseur pour que soit pleinement reconnue la primauté du siège romain sur Constantinople, s’attirant ainsi les foudres de Constant II, qui ne put toutefois le déporter à son tour en raison des invasions musulmanes. Il lutta contre l’hérésie monothélite, qui niait la volonté humaine du Christ ; il œuvra aussi pour les pauvres de la ville de Rome. Après un court pontificat, il mourut à Rome le 2 juin 657.